竹基大孔生物活性炭及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种竹基大孔生物活性炭及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 生物活性炭（BAC)技术已在我国的给水深度处理过程中获得了广泛的应用并取得 良好效果：依靠生物和活性炭的协同作用延长了活性炭的寿命 [1][2]，降低了治水成本，为贯 彻执行GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》提供了强有力的技术支持，从而为以生物活性 炭为中心的深度处理技术的推广铺平了道路。然而，生物活性炭（BAC)存在一个技术瓶颈： 当水温低于11°C时，其处理效果便下降[3]。我国幅员辽阔，水温彡11°C的地区相当大。如 果此问题不解决，无疑会使这一技术在我国北方的推广受到限制。
[0003] 生物活性炭（BAC)遇低温处理效果下降的主要原因是：目前BAC所用的活性炭都 是基于吸附功能而开发的，其孔隙结构以微孔为主，无大孔(直径> 〇. 1 μ m)，故微生物只能 附着在活性炭的外表面上，从而导致外界水温对其影响较大。另外，生物活性炭的处理效果 不仅取决于活性炭的性能(吸附量）还取决于活性炭上载持的微生物的量，特别是使用后期 (通常为半年以后)，当生物作用成为主导时，更是如此。要提高生物载持量就必须提高能载 持微生物的表面积，研究表明，活性炭的外表面积极其有限，其量纲单位为cm 2/cm3,而大孔 提供的比表面积可达mVcm3的程度。为了解决生物活性炭（BAC)怕低温的技术瓶颈并提供 更多的供微生物附着的表面，本课题组开发出了生物活性炭（BAC)用活性炭一大孔生物活 性炭，其最大孔径达几十至几百微米，从而为微生物出入活性炭孔隙并繁衍提供了"宜居" 条件：降低外界温度对微生物活性的影响、提高单位活性炭上微生物的载持量，这将有利于 解决我国生物活性炭在低温下（<11°C)效果降低的技术难题。
[0004] 日本的有关研究说明：这种进入大孔的微生物可在低温下（1°C、3. 6°C)具有常温 下（19. 6°C )的处理效果，其中试实验在日本的北海道(相应于我国的黑龙江省）大学进行， 时间为期两年（1994年10月31日至1996年11月1日），结果表明：在水温TC的条件下， 采用PICABI0L活性炭可使NH 3-N几乎完全被氧化[4]。PICA是一家活性炭制造商，PICABI0L 是其饮用水净化用活性炭的注册商标。
[0005] 这种能进入活性炭大孔的细菌尺寸有多大，最早是由法国的K. GAIDm提出的，其 平均尺寸为1~2μπιΧ0. 5μπι。很显然这些细菌是无法进入活性炭的微孔和中孔的，而且 也不能进入活性炭的所有大孔。只有那些微生物能够进入的孔隙(亦或能接近的表面)才是 有效的。因此找出这个临界值，并生产出这种有效孔隙占主要构成的产品（生物活性炭用活 性炭）才能使生物活性炭这项技术更趋完善。
[0006] 参考文献
[0007] [l]ffang, B. Z. Yin, J. et al. , A Preliminary Study on Efficiency and Mechanism of THMs Removal in Ozonation and BAC Processes[J]. Ozone Science&. Engineering. 2010, 6 (4):261.
[0008] [2]刘建广，张春阳，查人光等.饮用水深度处理工艺活性炭运行周期探讨[J].给 水排水，2011，37 (5) :35 ~40
[0009] [3]周云罗，启达，王占生，余清.臭氧一生物活性碳工艺及其生物作用研究[J]. 上海水务,2003,19 (4) :5-8.
[0010] [4]笠原伸介.用于臭氧生物炭处理的木质及煤质颗粒活性炭[J].水道协会杂志 (日），1997, 66(12) :20-29.
[0011] [5]www. picacarbon. com. Email:contact-Picaiveoliawater. com
[0012] [6]黄振兴.活性炭技术基础[M]·北京：兵器工业出版社，2006.
[0013] [7]Κ. GAID.在活性炭上进行生物净化的机理[J].水研究 (法），1982, 16(1) :7-17.
【发明内容】
[0014] 为了解决生物活性炭（BAC)怕低温的技术瓶颈并提供更多适合微生物生长繁衍、 供微生物附着的表面，解决我国生物活性炭在低温下（<ll°c)效果降低的技术难题，本发明 提供一种竹基大孔生物活性炭及其制备方法。
[0015] 本发明提供的制备竹基大孔生物活性炭的方法，包括如下步骤：
[0016] 其中，方法一包括如下步骤：
[0017] 将竹子碎屑和粘接剂混合压块，炭化后，通入活化剂进行活化反应，得到所述竹基 大孔生物活性炭；
[0018] 方法二包括如下步骤：
[0019] 将竹子碎屑压块，炭化后，通入活化剂进行活化反应，得到所述竹基大孔生物活性 炭。
[0020] 上述方法中，所述活化剂均选自水蒸气、二氧化碳、氧气和空气中的至少一种；
[0021] 所述粘接剂选自煤焦油、煤浙青、木焦油、酚醛树脂、糠醛树脂和纸浆废液中的至 少一种。
[0022] 所述方法一中，粘接剂的用量为竹子质量的0-35%，具体为25%、33%或25-33%，所 述粘接剂的用量不为〇 ;
[0023] 所述方法一和二中，活化剂的用量均为0. lkg/h-lkg/h，具体为0. 4kg/h、0. 6kg/ h、lkg/h、0. 4-0. 6kg/h或0. 6-lkg/h。视活性炭产品的要求而增减。
[0024] 所述炭化步骤中，温度均为450-600°C，具体为500°C、550°C、500-550°C ;时间均为 0. 5-2. 5小时，具体为1. 5小时、1. 8小时或1. 5-1. 8小时；炭化过程实质是开环物质热聚合 成稠环并形成孔隙雏形的过程。
[0025] 所述活化步骤中，温度均为700-1000°C，具体为800°C、850°C、800-85(rC ;时间均 为1-3. 5小时，具体为2小时、3小时、2-3小时。活化过程则是高温下依靠气体的氧化能力， 清除孔隙中游离炭使孔隙成形的过程。
[0026] 按照上述方法制备得到的竹基大孔生物活性炭，也属于本发明的保护范围。
[0027] 其中，所述竹基大孔生物活性炭的孔径为0. 3nm_400 μ m ;
[0028] 孔径大于500,4的孔的孔容积占所述竹基大孔生物活性炭中所有孔的孔容积的 比例为30-70%，具体为61. 6%。
[0029] 上述本发明提供的竹基大孔生物活性炭在水处理中的应用，也属于本发明的保护 范围。
[0030] 其中，所述水为给水。所述水处理为除去水中的有机污染物。
[0031] 本发明既可以提供圆柱状活性炭，又可以提供破碎炭及粉末活性炭。
[0032] 由于采用了本发明所提供的技术方案，由于本发明的工作原理及工作过程所述， 使得本发明与已有的公知技术相比，从而获得了如下有益效果：
[0033] 1、由于本发明所用原材料为可再生能源，从而获得了节约资源、可持续发展的有 益效果。
[0034] 2、由于本发明包含微孔、中孔及大孔结构，从而获得了使微生物代谢产物再次被 活性炭吸附的有益效果。
[0035] 3、由于本发明包含中孔及大孔结构，从而获得了使活性炭具有更多输送通道的有 益效果。
[0036] 4、由于本发明包含大孔结构，从而获得了较活性炭外表面更大的比表面积的有益 效果。
[0037] 5、由于本发明包含微米级大孔结构，从而获得了使微生物进入活性炭内表面及降 低外界温度影响的有益效果。
[0038] 6、由于本发明的4、5条所述，从而获得了更高生物载持量的有益效果。
[0039] 7、由于本发明包含微孔及中孔结构，从而获得了使生物活性炭兼具吸附功能的有 益效果。
[0040] 8、由于本发明的孔隙较大，从而获得了饱和活性炭易于再生的有益效果。
[0041] 9、由于本发明的以上各条所述，从而获得了"利用生物活性炭孔隙结构选择生物 活性炭用活性炭"新思路的有益效果。
[0042] 10、由于本发明的新思路所述，从而获得了在该新思路指导下提供"生物活性炭用 活性炭"新产品、为行业技术进步作出贡献的有益效果。
[0043] 12、由于本发明的以上各条所述，从而获得了克服和解决已有公知技术中存在的 诸多不足、缺陷与弊端的有益效果。
[0044] 13、由于本发明的以上各条所述，从而获得了应用具有"生物活性炭孔隙结构"的 活性炭进行的水处理得以充分考虑微生物的实际因素、为其提供"宜居"条件、尽而达到生 物降解效果彻底以及节约资源的目的等有益效果。
[0045] 14、由于本发明的设计科学合理、效果稳定可靠，从而获得了制作成本低、便于推 广应用的有益效果。
【附图说明】
[0046] 图1为大孔生物活性炭中的大孔的电子显微镜照片（500X)
[0047] 图2为生物活性炭用活性炭的中孔、微孔隙电子显微镜照片对比（1000X)。
[0048] 图3为活性炭的N2吸附/脱附等