CN103357378A

CN103357378A - 一种可回收活性炭材料的制备方法

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Publication number: CN103357378A
Application number: CN2013103356189A
Authority: CN
Inventors: 王新庆; 徐靖才; 金顶峰; 彭晓领; 洪波; 金红晓; 葛洪良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-03
Filing date: 2013-08-03
Publication date: 2013-10-23

Abstract

一种可回收活性炭材料的制备方法，它涉及一种带有磁性活性炭的制备方法。本发明的目的是将磁性颗粒组装到活性炭的孔道中，使活性炭材料具有磁性，可以依靠外磁场实现活性炭的分离与回收。一种磁性活性炭材料通过二种或两种以上金属盐的DEG（一缩二乙二醇）溶液、NaOH的DEG溶液和活性炭的DEG分散液制备而成。步骤：一、制备金属盐的DEG溶液；二、制备NaOH的DEG溶液；三、制备活性炭的DEG分散液；四、混合搅拌处理；五、水热处理；六、磁分离并洗涤干燥。优点：一、对活性炭的微观结构几乎没有破坏，操作简单、成本低；二、少量磁性材料的负载不会影响活性炭的吸附性能，同时使活性炭具有磁性，在活性炭吸附有害气体及污水杂质后可以通过外磁场进行回收，有利于实现活性炭及相关产品的再利用。

Description

一种可回收活性炭材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可回收的磁性活性炭材料的制备方法。

背景技术

活性炭是一种多孔性的含炭物质, 它具有高度发达的孔隙构造, 活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积，能与气体（杂质）充分接触，从而赋予了活性炭所特有的吸附性能，使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。就象磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。正因为如此，活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将有害的杂质吸引到孔径中的目的。但不是所有的活性炭都能吸附有害气体，只有当活性炭的孔隙结构略大于有害气体分子的直径，能够让有害气体分子完全进入的情况下（过大或过小都不行）才能达到最佳吸附效果。近年来活性炭在吸附室内有害气体、水质净化、污水处理、保鲜贮藏、超级电容器等方面展现了较好的应用前景。

活性炭是用木材、煤、果壳等含碳物质在高温缺氧条件下活化制成，它具有巨大的比表面积（500-1800m²/g）。水处理过程中使用的活性炭有粉末炭和粒状炭两类。粉末炭采用混悬接触吸附方式，而粒状炭则采用过滤吸附方式。活性炭吸附法广泛用于给水处理及废水二级处理出水的深度处理。其主要优点是处理程度高，效果稳定；缺点是处理费用高昂（活性炭消耗）。但是对于如何从污水环境中将活性炭提取出来，成为目前的活性炭污水处理中难点工作。而本发明涉及一种磁性活性炭材料的制备方法，在活性炭的孔道内负载少量高性能磁性材料，可以通过外磁场的作用将活性炭从水溶液中分离出来，保障了活性炭的再利用与吸附率。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性活性炭材料及其制备方法，在活性炭的孔道内负载少量磁性材料，可以通过外磁场的作用将活性炭从水溶液中分离并回收，活性炭与负载磁性材料质量比为20:（1～8），可根据外磁场的的强弱调节负载量。

一种磁性活性炭材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选；二、采用浓硫酸或浓硝酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥；三、制备金属盐的DEG溶液：按一定的比列称取两种或两种以上金属盐加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液；四、制备NaOH的DEG溶液：将12mmol NaOH加入到10mlDEG中，60℃水浴搅拌至溶液。五、制备活性炭的DEG分散液：将一定量的活性炭加入到10mlDEG中，先进行超声分散，在60℃水浴搅拌10h，即得到分散均匀的活性炭的DEG分散液；六、混合搅拌处理：步骤三完成后，在90℃油浴条件下，向里面加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，然后加入步骤四完成的NaOH的DEG溶液，搅拌10min，最后再加入步骤五完成的活性炭的DEG分散液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物。七、水热处理：将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行水热处理。八、干燥处理：水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤及干燥，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

本发明优点：一、对活性炭的微观结构几乎没有破坏，操作简单、成本低；二、少量磁性材料的负载不会影响活性炭的吸附性能，同时使活性炭具有磁性，在活性炭吸附有害气体及污水杂质后可以通过外磁场进行提取或者分离，有利于实现活性炭及相关产品的再利用。

附图说明

按照具体实施方式1水热制备了钴铁氧体/活性炭复合材料，其中图1是实验合成的钴铁氧体/活性炭的XRD图谱；图2是合成的钴铁氧体/活性炭复合材料的VSM曲线；图3是磁性钴铁氧体/活性炭在酒精中对外磁场（磁铁的表面磁场约2000G）响应情况照片。

具体实施方式

具体实施方式1：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取1份Co(NO₃)₂·6H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在250℃水热处理6h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

具体实施方式2：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取1份MnCl₂·6H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在200℃水热处理8h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

具体实施方式3：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硝酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取1份Zn(NO₃)₂·6H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在250℃水热处理8h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

具体实施方式4：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取0.5份MnCl₂·6H₂O、0.5份ZnCl₂·6H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在250℃水热处理8h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

具体实施方式5：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取0.5份NiCl₂·6H₂O、0.5份Zn(NO₃)₂·6H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在250℃水热处理8h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

具体实施方式6：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取1份BaCl₂·6H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在250℃水热处理8h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

具体实施方式7：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取1份Cu(NO₃)₂·3H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在250℃水热处理8h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

具体实施方式8：首先将活性炭粉碎成活性炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸对活性炭颗粒进行表面改性，充分洗涤（pH=7）并干燥。取0.5份Cu(NO₃)₂·3H₂O、0.5份Zn(NO₃)₂·6H₂O与2份Fe(NO₃)₃·9H₂O加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液，加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，再加入12mmol NaOH的DEG溶液，然后加入4份活性炭的DEG溶液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行在250℃水热处理8h。水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤（pH=7）以及在真空干燥器中真空干燥100h，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

Claims

1.一种可利用外磁场回收的活性炭材料的制备方法，其特征在于在活性炭的孔道内负载磁性颗粒。

2.如权利要求1所述的一种磁性活性炭材料，其特征在于活性炭负载磁性颗粒复合材料的制备方法是采用水热法合成，具体步骤如下：一、制备金属盐的DEG溶液：按一定的比列称取两种或两种以上金属盐加入到20ml的DEG中，90℃油浴搅拌至溶液；二、制备NaOH的DEG溶液：将12mmol NaOH加入到10mlDEG中，60℃水浴搅拌至溶液；三、制备活性炭的DEG分散液：将一定量的活性炭加入到10mlDEG中，先进行超声分散，在60℃水浴搅拌10h，即得到分散均匀的活性炭的DEG分散液；四、混合搅拌处理：步骤一完成后，在90℃油浴条件下，向里面加入5mlDEA（二乙醇胺），搅拌10min，然后加入步骤二完成的NaOH的DEG溶液，搅拌10min，最后再加入步骤三完成的活性炭的DEG分散液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；五、水热处理：将均匀分散的共混物转移至反应釜中进行水热处理；六、干燥处理：水热得到的产物先采用无水乙醇进行洗涤至滤液pH值为6~7为止，然后进行磁分离、洗涤及干燥，得到磁性颗粒负载活性炭材料。

3.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭材料及其制备方法，其特征在于：采用的金属盐为氯化物、硝酸盐和硫酸盐，金属离子为Ni²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ba²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等。

4.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭材料及其制备方法，其特征在于：步骤一中所述的90℃油浴搅拌至溶液具体操作如下：在转速为500rpm下，90℃油浴搅拌30min。

5.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭材料及其制备方法，其特征在于：步骤二中所述的60℃水浴搅拌具体操作如下：在转速为500rpm下，60℃水浴搅拌10h。

6.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭材料及其制备方法，其特征在于：步骤五中所述的水热处理具体操作如下：在温度为200~250℃下水热处理6~8h。

7.根据权利要求2所述的一种磁性活性炭材料及其制备方法，其特征在于：在室温下，真空干燥器中真空干燥100h。