本發明涉及活性碳材料，具體為一種活性碳基水體過濾材料及其制備方法。

背景技術：

1、微污染水指的是那些由于接納了工業廢水和生活污水而使某些水質指標超出飲用水衛生標準的水源。這類水體中的主要污染物包括有機物，分為兩類：一類是天然有機物如腐殖酸，另一類是人造有機物如農藥和環境激素；此外還含有氨氮和重金屬離子等其他有害物質。總體來說，微污染水的特點是污染物總濃度相對較低但種類繁多且性質復雜。

2、傳統的水處理流程主要包括混凝、沉淀、過濾和消毒四個階段，主要用于清除水中的懸浮物、顏色及微生物。然而，對于以溶解狀態存在的有機物，特別是小分子和高親水性的有機物，傳統工藝的去除效果有限，因為混凝劑水解產物難以捕獲這些物質。同時，在使用氯進行消毒的過程中會產生對人體有害的消毒副產物。這些局限性意味著傳統方法無法充分應對微污染水的凈化需求。

3、為了有效去除水中的有機污染物，科研人員已經研發了一系列先進的水處理技術，例如吸附法、膜分離技術和高級氧化技術等。雖然膜分離技術在水處理中表現出色，但所有類型的膜分離過程都會面臨一個共同挑戰：膜污染。這一問題成為制約膜技術更廣泛應用的關鍵障礙。為此，研究人員正積極探索將膜技術與其他處理方法結合的新途徑。

4、鑒于此，申請者開發了一種基于活性炭的水過濾材料，旨在解決上述膜污染問題。

技術實現思路

1、為解決現有的技術問題，本發明提供了一種活性碳基水體過濾材料，所述活性碳基水體過濾材料是以聚乙烯醇為成膜劑，以端醛基化苯并噁嗪樹脂為粘結劑，與改性椰殼炭混合后經練泥，成型，干燥，在氬氣、碳源氣體的混合氣氛圍下高溫碳化得到。

2、進一步的，所述端醛基化苯并噁嗪樹脂是將雙酚a、苯胺、4-氨基丁醛、多聚甲醛混合反應得到。

3、進一步的，所述改性椰殼炭是采用硝酸鎂、硝酸鐵對椰殼炭進行改性得到。

4、進一步的，所述碳源氣體包括甲烷。

5、本發明還提供了一種活性碳基水體過濾材料的制備方法，包括以下制備步驟：

6、（1）混合：先將改性椰殼活性炭與pva置于混料機中強力混合，加入pva質量8~9倍水后，升溫至90~100℃，以1300~1500rpm攪拌10~15min，隨后滴加1.95~2質量份的4m的稀鹽酸，冷卻至25~30℃，接著加入端醛基化苯并噁嗪樹脂，室溫下攪拌反應1h，隨后升溫至55~65℃繼續反應2.5~3.5h，得到混合料；

7、（2）練泥：向混合料中繼續加入水，并磙碾得到可塑的泥料，取出練泥密封陳化23~25h，得到陳化的泥料；

8、（3）成型：將陳化的泥料置于擠出成型機中擠出成型，制得外徑為10mm，內徑為6mm的管式膜坯料；

9、（4）干燥：在自然條件下，將管式膜坯料置于空氣中晾干，得到干燥后的管式膜坯料；

10、（5）炭化：在氮氣、碳源氣體氛圍中，將干燥后的管式膜坯料置于炭化爐中炭化，具體為以3?℃·min-1?速率從室溫升至炭化溫度，恒溫炭化25~35?min?后自然降至室溫后取出備用。

11、進一步的，所述端醛基化苯并噁嗪樹脂的制備方法如下：

12、將雙酚a、苯胺、4-氨基丁醛、質量分數為37?wt%的多聚甲醛水溶液溶解在雙酚a質量5~7質量份的二氧六環中，然后在80~90℃下回流反應6~14h，冷卻至室溫后，通過旋轉蒸發除去二氧六環溶劑，接著溶解在雙酚a質量10~20倍的乙酸乙酯中，用1m的氫氧化鈉水溶液和去離子水洗滌3~5次，繼續旋蒸去除水和乙酸乙酯，得到端醛基化苯并噁嗪樹脂；；其中，雙酚a、苯胺、4-氨基丁醛以及多聚甲醛水溶液中多聚甲醛的摩爾比為1：0.8~1.2：0.8~1.2：4.2~4.6。

13、進一步的，所述改性椰殼活性炭的制備方法如下：將硝酸鎂、硝酸鐵、椰殼活性炭、水按質量比4.2~4.8：4~4.1：100：100，以1400~1600rpm攪拌混合10~20min，加入1m的氫氧化鈉水溶液調節ph至10，繼續以20~30滴/min滴加椰殼活性炭質量0.01~0.02倍的硝酸鐵，隨后在80℃下老化3天，接著烘干得到改性椰殼活性炭。

14、進一步的，按重量份數計，改性椰殼活性炭為53~67質量份、pva為25~35質量份、端醛基化苯并噁嗪樹脂為8~12質量份。

15、進一步的，所述氮氣和碳源氣體的流量比為0.3~0.5：1。

16、進一步的，所述炭化溫度為850~950?℃。

17、與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

18、本發明制備的活性碳基水體過濾材料，先采用硝酸鎂、硝酸鐵對椰殼炭進行改性，得到改性椰殼炭；再以聚乙烯醇為成膜劑，以端醛基化苯并噁嗪樹脂為粘結劑，與改性椰殼炭混合后經練泥，成型，干燥，在氬氣、碳源氣體的混合氣氛圍下高溫碳化得到活性碳基水體過濾材料；其中，以端醛基化苯并噁嗪樹脂是將雙酚a、苯胺、4-氨基丁醛、多聚甲醛混合反應得到。

19、首先，采用硝酸鎂、硝酸鐵對椰殼炭進行改性，在椰殼炭表面形成層狀雙金屬氫氧化物，椰殼炭為層狀雙金屬氫氧化物提供了載體，防止層狀雙金屬氫氧化物的聚集，椰殼炭可以有效地“分散”納米級層狀雙金屬氫氧化物，從而增加層狀雙金屬氫氧化物對水相中重金屬離子的活性吸附位點，層狀雙金屬氫氧化物的存在提高了椰殼炭的比表面積，且在椰殼炭表面形成鎂和鐵，使用時可通過鎂和鐵與重金屬離子進行離子交換，對重金屬離子進行吸附，且mg、fe?改性后增加了椰殼生物炭的官能團，通過官能團的絡合作用和靜電引力，提高了對重金屬的吸附去除效率，增強了活性碳基水體過濾材料對重金屬的吸附作用。

20、其次，以聚乙烯醇為成膜劑，以端醛基化苯并噁嗪樹脂為粘結劑，與改性椰殼炭混合后經練泥，成型，干燥，在氬氣、碳源氣體的混合氣氛圍下高溫碳化得到活性碳基水體過濾材料；聚乙烯醇的加入可以有效粘結端醛基化苯并噁嗪樹脂與改性椰殼炭，聚乙烯醇上的羥基與端醛基化苯并噁嗪樹脂上的正丁醛的醛基反應縮合，形成含聚乙烯醇縮丁醛的混合物，將聚乙烯醇分子鏈與端醛基化苯并噁嗪樹脂分子鏈緊密地交聯在一起，后續經高溫炭化，聚乙烯醇縮丁醛受熱分解成小分子氣體揮發，在活性碳基水體過濾材料中形成孔道，形成呈大孔-介孔-微孔的多級孔道結構的活性碳基水體過濾材料，增加了活性碳基水體過濾材料的滲透性能和吸附性能；但是隨著聚乙烯醇縮丁醛的高溫分解揮發，端醛基化苯并噁嗪樹脂碳化后形成的碳骨架容易出現塌陷的情況，導致活性碳基水體過濾材料的力學性能較差，在氬氣、碳源氣體的混合氣氛圍下高溫碳化，碳源氣體在椰殼炭表面未完全老化的硝酸鐵的作用下碳化，端醛基化苯并噁嗪樹脂碳化后形成的碳骨架和椰殼炭之間原位生成碳納米線將碳骨架和椰殼炭穩固地連接在一起，即保證了活性碳基水體過濾材料的力學性能，又增強了活性碳基水體過濾材料的導電性，當以活性碳基水體過濾材料為陽極材料、環形碳片為陰極，置于存儲有待處理廢水的槽中進行電催化氧化時，可以將吸附在活性碳基水體過濾材料上的有機污染物進行降解，使藻類、細菌等失活，減輕了活性碳基水體過濾材料的膜污染現象。