申请日2014.05.30
公开(公告)日2014.09.03
IPC分类号B01J20/20; B01J20/28; C02F1/58; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明公开了一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法。本发明将一定量初始浓度100-900mg/L、初始pH3-11的菲溶液置于具塞锥形瓶中并放于温度25-35℃、转速30-90rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后加入比表面积568.99-1770.49m2/g，孔容0.32-0.99cm3/g，孔径的煤基活性炭2.5-12.5g/L，脱除2-100min后，迅速取出并抽滤，脱除率高达99.67%，脱除量高达123.45mg/g。煤基活性炭是以新疆无烟煤为原料进行微波炭化和活化一步法制备的产品，其特征是在于该煤基活性炭对菲的脱除过程中，具有煤基活性炭用量少、脱除时间短、脱除容量大、脱除效果显著的脱除技术优势，在实际工作中为控制多环芳烃对环境造成的污染提供科学的依据，具有良好的环境效益和社会效益。权利要求书
1.一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，其特征在于：将一定量菲溶 液置于具塞锥形瓶中并放于水浴恒温振荡器中预热，随后加入采用微波辐射 法、以新疆无烟煤为碳源进行炭化和活化一步法制备获得的煤基活性炭进行 脱除，脱除完成后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度，计算脱除率和脱除量。
2.根据权利要求1所述的一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，其特 征在于：菲溶液体积40mL，预热时间5min，脱除温度25-35℃，脱除时间 2-100min，煤基活性炭用量2.5-12g/L，菲溶液初始浓度100-900mg/L，菲溶 液初始pH3-11，水浴恒温振荡器转速30-90rpm。
3.根据权利要求1所述的一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，其特 征在于：所述煤基活性炭的制备方法为将无烟煤进行粉碎，研磨，过筛，蒸 馏水清洗，置于烘箱中干燥;将干燥后样品与活化剂混合，置于微波反应器 中制备，反应结束后，对样品进行酸处理，再用蒸馏水洗涤至滤液呈中性， 干燥后即得煤基活性炭产品。
4.根据权利要求3所述的一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，其特 征在于：煤粉过100目筛，干燥温度110℃，干燥时间4h，活化剂为KOH， 干燥煤样与活化剂KOH配比为1∶1-1∶3微波时间4-12min微波功率700W。
5.根据权利要求3所述的一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，其特 征在于：所述煤基活性炭的比表面积568.99-1770.49m2/g，孔容0.32-0.99 cm3/g，孔径
6.根据权利要求1所述的一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，其特 征在于：随脱除温度的升高，脱除率和脱除量降低;随煤基活性炭用量的增 加，脱除率升高，脱除量降低;随菲溶液初始浓度的增加，脱除率降低，脱 除量增大;菲溶液初始pH和水浴恒温振荡器转速对脱除效率影响较小。
说明书
一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法
技术领域
本发明涉及一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，特别涉及一种 可以提供煤基活性炭用量少、脱除时间短、脱除容量大、脱除效果显著的菲脱 除条件的方法。
背景技术
多环芳烃是一类具有苯环结构的化合物，大多是由于石油、煤等化石燃料 以及木材、天然气、汽油、重油、有机高分子化合物、纸张、作物秸秆、烟草 等含碳氢化合物的物质经不完全燃烧或在还原性气氛中经热分解而生成的，属 于持久性有机污染物。多环芳烃具有高脂溶性及生物富集性，对自然生物及人 类身体健康危害极大，菲作为典型的多环芳烃，若与其长期接触，会引起乏力、 睡眠不佳、食欲减退、血沉增速等病症。
在焦化煤气、有机化工、石油工业、炼钢炼铁等工业所排放的废弃物中有 相当多的多环芳烃;飞机、汽车等机动车辆所排放的废气中也含有相当数量的 多环芳烃;垃圾深填埋处理过程中，会产生大量垃圾渗透液，经水浸泡后，产 生含有大量多环芳烃的高深度有机废水;垃圾焚烧中，每小时处理90吨的垃圾 焚烧炉每天排放的致癌性的多环芳烃总量达20多千克，菲作为常见的多环芳烃 在其中占有很大的比重;在煤炉排放的废气中，菲浓度可达1000Lg/m3;吸烟 所引起的居室环境的污染，也已引起国内外人们的关注，最近有报道，人们已 鉴定出150种以上的多环芳烃存在于香烟的焦油中，在雪茄烟的主要气流中菲 的含量为8Lg/支-122Lg/支。
利用传统的物理化学方法很难有效的脱除多环芳烃，如混凝、絮凝、沉降、 过滤、臭氧氧化等。目前吸附处理对于脱除溶液中的有机污染物是一种简单有 效的方法。在脱除环境中多环芳烃的研究中，挪威的Patryk Oleszczuk等人 [Activated carbon and biochar amendments decrease pore-water concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)in sewage sludge，2012]利用生物质活性 炭脱除污泥污水中的多环芳烃。新加坡的Jie Bu等人[Desulfurization of diesel fuels by selective adsorption on activated carbons：Competitive adsorption of polycyclic aromatic sulfur heterocycles and polycyclic aromatic hydrocarbons，2011] 利用商业活性炭脱除多环芳烃。煤基活性炭是具有很高比表面积的多孔材料， 可以被广泛的应用于气相、液相的分离/纯化，脱除有毒物质，催化剂和催化剂 载体等领域，然而采用微波法制备的煤基活性炭脱除菲的研究鲜见报道。
近年来随着工业生产的发展，以煤为原料加工制成的具有独特的孔隙结构 和优良的脱除性能的煤基活性炭，在环境保护领域发挥着越来越重要的作用， 新疆煤炭资源储量丰富，品种齐全，煤质优良是未来煤基活性炭生产的理想基 地之一，具有良好的发展前景。
鉴于此，本发明利用新疆丰富的煤炭资源，选取新疆无烟煤为原料，利用 微波加热法制备高脱除性能的煤基活性炭，并利用其脱除废水中的菲，通过对 脱除条件进行考察，可以提供节能高效，使脱除效果显著的脱除条件，是一种 具有良好的经济效益和应用前景的脱除方法，在实际工作中为控制多环芳烃对 环境造成的污染提供科学的依据，并具有显著的技术优势和较强创新性的知识 产权。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤基活性炭脱除废水中多环芳烃菲的方法，该 方法将采用微波辐射法以新疆无烟煤为碳源制备获得的煤基活性炭投入菲溶液 中，脱除菲。煤基活性炭对菲的脱除中，表现出节能高效，脱除效果显著等优 点，具有良好的环境效益和社会效益。
实现本发明目的采用以下技术方案：
将一定量菲溶液置于具塞锥形瓶中并放于水浴恒温振荡器中预热，随后加 入采用微波辐射法、以新疆无烟煤为碳源进行炭化和活化一步法制备获得的煤 基活性炭进行脱除，脱除完成后，迅速取出并抽滤，检测剩余浓度，计算脱除 率和脱除量。该方法包括如下步骤：
1.煤基活性炭制备的具体步骤如下：
(1)煤样预处理：
将煤样进行粉碎，研磨，过100目筛子，制成粉末;用蒸馏水清洗脱除煤 焦油等杂质;然后将样品置于110℃烘箱中干燥4h，即得煤样预处理产品。
(2)微波法制备：
将步骤(1)中得到的煤样预处理产品与活化剂KOH按照1∶1-1∶3的比例混 合均匀，置于石英管中并安装在微波反应器上，在N2保护，微波时间4-12min， 微波功率700W下进行微波辐射，反应结束冷却后取出微波制备样品。
(3)酸碱处理：
将步骤(2)中得到的微波制备样品进行酸处理，再用蒸馏水洗涤至滤液呈 中性，置于110℃烘箱中干燥4h，即得煤基活性炭。
2.煤基活性炭脱除菲脱除条件确定的具体步骤：
(1)脱除温度和脱除时间
准确量取40mL初始浓度500mg/L，初始pH为7的菲溶液置于具塞锥形 瓶中并放于温度25-35℃，转速为90rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后 加入步骤1中制备的煤基活性炭2.5g/L，脱除2-100min后，迅速取出并抽滤， 检测剩余浓度，计算脱除率和脱除量。
(2)煤基活性炭用量
准确量取40mL初始浓度500mg/L，初始pH为7的菲溶液置于具塞锥 形瓶中并放于温度25℃，转速为90rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后 加入步骤1中制备的煤基活性炭2.5-12.5g/L，脱除20min后，迅速取出并抽滤， 检测剩余浓度，计算脱除率和脱除量。
(3)菲溶液初始浓度
准确量取40mL初始浓度100-900mg/L，初始pH为7的菲溶液置于具塞锥 形瓶中并放于温度25℃，转速为90rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后 加入步骤1中制备的煤基活性炭7.5g/L，脱除20min后，迅速取出并抽滤，检 测剩余浓度，计算脱除率和脱除量。
(4)菲溶液初始pH
准确量取40mL初始浓度500mg/L，初始pH为3-11的菲溶液置于具塞锥 形瓶中并放于温度25℃，转速为90rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后 加入步骤1中制备的煤基活性炭7.5g/L，脱除20min后，迅速取出并抽滤，检 测剩余浓度，计算脱除率和脱除量。
(5)水浴恒温振荡器转速
准确量取40mL初始浓度500mg/L，初始pH为7的菲溶液置于具塞锥形 瓶中并放于温度25℃，转速为30-90rpm的水浴恒温振荡器中预热5min，随后 加入步骤1中制备的煤基活性炭7.5g/L，脱除20min后，迅速取出并抽滤，检 测剩余浓度，计算脱除率和脱除量。
所得的煤基活性炭的比表面积568.99-1770.49m2/g，孔容0.32-0.99cm3/g， 孔径随着脱除温度的升高，脱除率和脱除量降低;随着煤基活性 炭用量的增加，脱除率升高，脱除量降低;随着菲溶液初始浓度的增加，脱除 率降低，脱除量增大;菲溶液初始pH和水浴恒温振荡器转速对脱除率和脱除量 影响较小。
本发明的优点为：
1.本发明所用的煤基活性炭，是以新疆煤炭资源丰富、煤质特性优良的煤炭为 原料。采用的微波法制备，实现炭化和活化同步工艺，即缩短了制备时间， 又节省了能源，从而降低制备煤基活性炭的成本，是一种经济高效的制备方 法，对煤基活性炭产品的广阔应用提供优势基础。
2.本发明在煤基活性炭对菲的脱除中，可以提供使煤基活性炭用量少、脱除时 间短、脱除容量大、脱除效果显著的脱除技术，在实际工作中为控制多环芳 烃对环境造成的污染提供科学的依据，具有良好的环境效益和社会效益。
