CN103432990A

CN103432990A - 一种液相吸附用竹炭材料的制备方法

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Publication number: CN103432990A
Application number: CN2013103331872A
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: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2013-12-11

Abstract

一种液相吸附用竹炭材料及其制备方法，它涉及一种带有磁性竹炭的制备方法。一种磁性竹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溶液和竹炭的DEG分散液制备而成，将磁性颗粒组装到竹炭的孔道中，可依靠外磁场实现竹炭在液相环境中的分离。步骤：一、制备金属盐的DEG溶液；二、制备NaOH的DEG溶液；三、制备竹炭的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、对竹炭结构没有破坏；二、少量磁性材料的负载不影响竹炭的吸附性能，但可使竹炭具有磁性，在液相吸附后可采用外磁场进行分离。

Description

一种液相吸附用竹炭材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种液相吸附用磁性竹炭材料的制备方法。

背景技术

竹炭(BC)是竹材高温热解的固体产物，空隙发达，比表面积大，具有很强的吸附能力．以及良好的导电性能。作为机能性的环境保护材料．竹炭由于其独特的性质和产品的高附加值．越来越受到人们的重视．成为竹材研究领域的一个新热点。目前，日本、韩国及中国台湾对竹炭的开发和利用进行了一些探索研究。近年来在吸附室内有害气体、调湿、水质净化、吸附平衡动力学、保鲜贮藏、超级电容器、改良土壤等方面展现了较好的应用前景。

竹炭是一种多孔性物质，分子结构呈六角形，质地坚硬，细密多孔，吸咐力强。丰富的孔隙分布特征和高比表面积使其具有良好的吸附特性，其吸附能力是木炭的5倍以上，因此竹炭能有效吸附污水中的各种浮游物质。戴嘉璐等[Dai J L，Guo X Z，Fu X J，et a1．Preparation and characteris—tics of N-doped titania coating bamboo charcoal[J]．RareMetal Mater Eng，2008(37)：663]研究了竹炭的微观结构，并采用掺氮TiO。溶胶对竹炭进行了复合改性，利用TiO₂的光催化效应来提高竹炭的功效，结果表明，细胞壁微孔是竹炭具有高比表面积、高吸附性的主要原因；竹炭改性后，TiO：颗粒主要富集在竹炭表面，使竹炭的光催化性能得到明显提高。周珊等[周珊，胡泽友，颜伟，等．竹炭对溶液中对硝基苯酚的吸附性能[J]．林业科学，2008，44(4)：110]研究了对硝基苯酚在竹炭上的吸附能力及多种因素对竹炭吸附性能的影响，结果表明，升高温度不利于对硝基苯酚在竹炭上的吸附，竹炭粒径，投加量、吸附时间等因素对竹炭吸附能力有明显影响，酸性条件下对硝基苯酚的吸附率明显高于中性和碱性条件下。为开发新型有机污染物净化材料，罗锡平等以钛酸四丁酯和竹炭为原料，采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了纳米改性竹炭，其对2,4一二氯苯酚(DCP)具有良好的光催化降解性能，且改性竹炭易再生。张齐生等[张齐生，周建斌．竹炭的神奇功能人类的健康卫士[J]．林产工业，2007，34(1)：3]为克服竹炭吸附性能存在饱和的缺陷，将某种纳米光催化材料负载到竹炭上，制成纳米改性竹炭光催化吸附、杀菌剂。同时，以竹炭为载体，利用特殊微生物菌群寄居在竹炭内部空隙和表面并繁衍的方法分解水中污染物是利用竹炭进行城镇生活污水处理的创新方法。但是对于如何从液态环境中将竹炭提取出来，成为目前的难点工作。本发明涉及一种磁性竹炭材料的制备方法，在竹炭的孔道内负载少量磁性材料，可以通过外磁场的作用将竹炭从水溶液中分离出来，保障了竹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竹炭材料及其制备方法，在竹炭的孔道内负载少量磁性材料，可以通过外磁场的作用将竹炭从水溶液中分离出来，竹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。

一种磁性竹炭材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选；二、采用浓硫酸或浓硝酸及氢氟酸（出去SiO₂杂质）对竹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、制备竹炭的DEG分散液：将一定量的竹炭加入到10mlDEG中，先进行超声分散，在60℃水浴搅拌10h，即得到分散均匀的竹炭的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竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

本发明优点：一、对竹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竹炭的吸附性能，同时使竹炭具有磁性，在竹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，有利于实现竹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/竹炭复合材料，其中图1是实验合成的钴铁氧体/竹炭的XRD图谱（经氢氟酸处理）；图2是合成的钴铁氧体/竹炭复合材料的VSM曲线；图3是磁性钴铁氧体/竹炭在酒精中对外磁场响应情况照片。

具体实施方式

具体实施方式1：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

具体实施方式2：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

具体实施方式3：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硝酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

具体实施方式4：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

具体实施方式5：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

具体实施方式6：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

具体实施方式7：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

具体实施方式8：首先将竹炭粉碎成竹炭颗粒，利用200目筛子筛选后；采用浓硫酸及氢氟酸对竹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份竹炭的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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

Claims

1.一种液相吸附用磁性竹炭复合材料，其特征在于在竹炭的孔道内负载磁性颗粒。

2.如权利要求1所述的一种磁性竹炭材料，其特征在于竹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：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；制备NaOH的DEG溶液：将12mmol NaOH加入到10mlDEG中，60℃水浴搅拌至溶液；制备竹炭的DEG分散液：将一定量的竹炭加入到10mlDEG中，先进行超声分散，在60℃水浴搅拌10h，即得到分散均匀的竹炭的DEG分散液；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竹炭的DEG分散液，搅拌30min，即得均匀分散的共混物；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；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，得到磁性颗粒负载竹炭材料。

3.根据权利要求2所述的一种磁性竹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所述的一种磁性竹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所述的一种磁性竹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所述的一种磁性竹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所述的一种磁性竹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。