本發(fā)明屬于環(huán)境治理，具體涉及鈰摻雜表面改性活性炭的制備及其在吸附全氟化合物中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化和城市化進程的推進，環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，各種新檢出的難降解微量污染物更是層出不窮，給我們治理環(huán)境污染帶來了新的壓力，全氟化合物正是其中的典型代表。全氟化合物，是指化合物中與碳原子相連的氫原子全部被氟原子所取代的一類有機化合物，因具有極強的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和表面活性而被廣泛應(yīng)用于不粘產(chǎn)品、泡沫滅火劑和電子制造等領(lǐng)域。其中，產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的當(dāng)屬全氟辛烷磺酸(pfos)和全氟辛酸(pfoa)。由于c-f長鏈的高度穩(wěn)定性使得這一類化合物難以被自然降解，從而易對環(huán)境造成持續(xù)影響。作為其中的典型代表，全氟辛酸(pfoa)因其持久性和高毒性而備受社會關(guān)注，已被定義為新型持久性有機污染物(pops)，并被列入斯德哥爾摩公約優(yōu)控名單。但由于過去幾十年的大量應(yīng)用，pfoa已廣泛存在于多種環(huán)境介質(zhì)中，這使得治理pfoa成了一個環(huán)境給予我們的巨大挑戰(zhàn)。與此同時，pfoa可通過食物鏈進入人類血液，從而對人體生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響，這一點也使得治理pfoa不可忽視且迫在眉睫。因此，研究pfoa的去除技術(shù)已然成了環(huán)境領(lǐng)域難以繞開的熱點問題。

2、目前雖然已有較多處理技術(shù)被用于去除pfoa，包括生物處理技術(shù)、高級氧化技術(shù)和熱降解技術(shù)。然而，生物處理技術(shù)和高級氧化技術(shù)在處理pfoa過程中會產(chǎn)生大量的高毒性中間產(chǎn)物，造成二次污染；熱降解技術(shù)則能耗高、操作復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻。正是這些局限性阻礙了這些新技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。而吸附法由于具有成本低、設(shè)計簡單、效果好、吸附過程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物、再生過程中可以去除吸附在吸附劑上的污染物等優(yōu)點，有望成為去除pfoa的最佳技術(shù)。目前，活性炭吸附是一種應(yīng)用最為廣泛的去除水中pfoa的吸附方法，但傳統(tǒng)的活性炭僅依靠物理吸附對pfoa進行消除，去除效率很低，因此開發(fā)新型且去除效率高的活性炭吸附劑具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過鈰摻雜表面改性活性炭，從而增大了ac材料與污染物的接觸面積，提升了材料的吸附性能和吸附效率，從而使其能夠高效去除水中的全氟化合物。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種鈰摻雜表面改性活性炭的制備方法，該方法包括以下步驟：

4、s1、將鈰鹽和檸檬酸溶解在水中形成透明溶液，再加入naoh和活性炭，并進行水熱反應(yīng)；

5、s2、反應(yīng)后冷卻至室溫，并收集反應(yīng)后的固體，經(jīng)洗滌和干燥后轉(zhuǎn)移至惰性氣體氛圍下進行煅燒處理，即得到成品。

6、該材料的合成工藝簡便，步驟少且易于操作，制備成本較低，使得生產(chǎn)過程經(jīng)濟高效。制備條件要求低，無需高精度的設(shè)備或極端的操作條件，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。

7、優(yōu)選地，所述鈰鹽、檸檬酸、naoh、活性炭的質(zhì)量比為140-160：20-30：13-19：900-1100。

8、優(yōu)選地，所述水熱反應(yīng)的溫度為150-250℃，時間為20-30h。

9、優(yōu)選地，所述鈰鹽包括氯化鈰、硝酸鈰、硫酸鈰。

10、優(yōu)選地，煅燒的溫度為500-900℃，時間為1-3h，升溫速率為8-12℃/min。

11、本發(fā)明第二方面提供了采用第一方面所述的制備方法制得的鈰摻雜表面改性活性炭。

12、本發(fā)明第三方面提供了第二方面所述的鈰摻雜表面改性活性炭在吸附全氟化合物中的應(yīng)用。

13、采用本發(fā)明方法合成的改性活性炭具有高效的吸附性能，能夠高效去除水中的全氟化合物，特別適用于處理多類型、高濃度的廢水。同時，可以有效防止二次污染，在處理過程中，污染物被有效富集在材料表面，有助于后續(xù)的進一步處理，減少二次污染的風(fēng)險。此外，該吸附劑可以重復(fù)使用，再生方便，無需復(fù)雜的再生過程，這降低了維護成本和操作復(fù)雜度，適合長期應(yīng)用。

14、優(yōu)選地，所述全氟化合物為全氟辛酸(pfoa)。

15、優(yōu)選地，具體應(yīng)用方法為：將權(quán)利要求6所述的鈰摻雜表面改性活性炭投入含全氟化合物的水體中，吸附30min以上。

16、更優(yōu)選地，鈰摻雜表面改性活性炭的投入量為5-10mg/100ml。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、本發(fā)明公開了一種鈰摻雜表面改性活性炭的制備方法，將鈰鹽和檸檬酸溶于水形成透明溶液后，再加入naoh和活性炭，然后依次經(jīng)水熱反應(yīng)和煅燒處理即得。采用本發(fā)明方法合成的改性活性炭具有高效的吸附性能，比表面積顯著提高，從而增大了ac材料與污染物的接觸面積，并大幅度提升了材料的吸附性能和吸附效率，使其能夠高效去除水中的全氟化合物，特別適用于處理多類型、高濃度的廢水?？傮w而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

19、(1)比表面積顯著增大：相較于傳統(tǒng)的活性炭吸附劑，本發(fā)明的鈰摻雜活性炭吸附劑通過優(yōu)化的制備工藝和鈰的摻雜，顯著增加了材料的比表面積。這一特性使得更多的污染物能夠被有效地接觸和吸附，提高了整體的處理能力和效率。

20、(2)吸附活性位點增多：鈰摻雜改善了活性炭的微觀結(jié)構(gòu)，增加了吸附活性位點。這種結(jié)構(gòu)上的改進不僅提升了對目標(biāo)污染物的吸附能力，還增強了吸附劑的選擇性，使其能夠更高效地去除廢水中的不同類型污染物。

21、(3)吸附性能及速率提高：得益于比表面積和活性位點的提升，本發(fā)明的吸附劑在廢水處理過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能和更快的處理速率。相比于現(xiàn)有的活性炭吸附劑，本發(fā)明能夠在更短的時間內(nèi)達到更高的去除效率，顯著提升了廢水處理的速率和效果。

22、(4)材料穩(wěn)定性顯著提升：鈰摻雜活性炭在使用過程中展現(xiàn)出優(yōu)良的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，能夠在長時間的操作中保持高效的吸附性能。與現(xiàn)有的活性炭吸附劑相比，本發(fā)明的吸附劑在處理過程中不易發(fā)生性能衰退，減少了更換頻率和維護成本。

23、(5)廣泛適用性：本發(fā)明的鈰摻雜活性炭吸附劑能夠有效處理多類型、多濃度的廢水，尤其是在處理含全氟化合物廢水時，顯示出更為卓越的性能。這種廣泛適用性使得該吸附劑能夠滿足不同工業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域的廢水處理需求，具有更廣泛的應(yīng)用潛力。

24、(6)低成本和制備工藝簡單：本發(fā)明的鈰摻雜活性炭吸附劑的制備成本低，制備過程簡單且對條件的要求較低。這一優(yōu)勢使得該吸附劑具有更高的經(jīng)濟性和生產(chǎn)可行性，相比于現(xiàn)有活性炭吸附劑復(fù)雜和高成本的制備工藝，具有顯著的成本效益。

25、綜上，采用本發(fā)明方法制得的新型鈰摻雜活性炭吸附劑在比表面積、吸附活性位點、吸附性能、材料穩(wěn)定性、處理廣泛性、反應(yīng)條件、環(huán)保性和制備成本等方面均表現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性，使其能夠滿足廢水處理領(lǐng)域?qū)Ω咝?、?jīng)濟和環(huán)保的多重需求。

技術(shù)特征：

1.一種鈰摻雜表面改性活性炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈰摻雜表面改性活性炭的制備方法，其特征在于，所述鈰鹽、檸檬酸、naoh、活性炭的質(zhì)量比為140-160：20-30：13-19：900-1100。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈰摻雜表面改性活性炭的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)的溫度為150-250℃，時間為20-30h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈰摻雜表面改性活性炭的制備方法，其特征在于，所述鈰鹽包括氯化鈰、硝酸鈰、硫酸鈰。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈰摻雜表面改性活性炭的制備方法，其特征在于，煅燒的溫度為500-900℃，時間為1-3h，升溫速率為8-12℃/min。

6.采用權(quán)利要求1-5任一項所述的制備方法制得的鈰摻雜表面改性活性炭。

7.權(quán)利要求6所述的鈰摻雜表面改性活性炭在吸附全氟化合物中的應(yīng)用。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述全氟化合物為全氟辛酸(pfoa)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，具體應(yīng)用方法為：將權(quán)利要求6所述的鈰摻雜表面改性活性炭投入含全氟化合物的水體中，吸附30min以上。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，鈰摻雜表面改性活性炭的投入量為5-10mg/100ml。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鈰摻雜表面改性活性炭的制備及其在吸附全氟化合物中的應(yīng)用。本發(fā)明將鈰鹽和檸檬酸溶于水形成透明溶液后，再加入NaOH和活性炭(AC)，然后依次經(jīng)水熱反應(yīng)和煅燒處理，制得一種鈰摻雜表面改性活性炭。采用本發(fā)明方法合成的改性活性炭具有高效的吸附性能，比表面積顯著提高，從而增大了AC材料與污染物的接觸面積，并大幅度提升了材料的吸附性能和吸附效率，使其能夠高效去除水中的全氟化合物，特別適用于處理多類型、高濃度的廢水，能夠滿足廢水處理領(lǐng)域?qū)Ω咝?、?jīng)濟和環(huán)保的多重需求。

技術(shù)研發(fā)人員：李傳浩,楊沅龍,李嘉耀
受保護的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30