CN104043425B - 一种强磁性吸附材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强磁性吸附材料及其制备方法，其中强磁性吸附材料的原料按质量份数构成为：小麦秸秆100-300份，针铁矿50-100份，热固性环氧树脂30-80份，固化剂24-64份。本发明以小麦秸秆和针铁矿为原料，添加少量的热固性环氧树脂作为粘结剂，在适宜的温度和气氛下煅烧，同步完成生物质碳化、针铁矿的还原，获得高气孔率、强磁性、高效吸附性的新型材料。本发明制备的强磁性吸附材料抗弯强度达到10MPa，质量磁化率达到2.43×10-4m3/kg，真密度达2.82g/cm3，显气孔率为60.47％，磷的去除效果可达到98.03％。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种吸附材料及其制备方法，具体地说是一种强磁性吸附材料及其制备方法，属于环境材料范畴。
二、背景技术
由于现代科学技术的发展和应用，对新材料的需求愈来愈大，对材料性能的要求也愈来愈高。随着改革开放的深入、经济的发展，环境污染和资源匮乏的矛盾不断加剧，环境问题也越来越引起人们的重视。开发利用固体废弃物和可再生物质资源对保护环境显得尤为重要。材料科学进步和发展的成果应优先向着减轻地球环境负担的方向发展，将材料的先进性、舒适性及环境协调性有效地结合起来，从而制造出新型环境材料。
三、发明内容
本发明值在提供一种强磁性吸附材料及其制备方法，以小麦秸秆和纳米矿物材料(针铁矿)复配制备得到吸附材料，使吸附材料具有强磁性和高吸附性能。
本发明强磁性吸附材料的原料按质量份数构成为：
小麦秸秆100-300份，针铁矿50-100份，热固性环氧树脂30-80份，固化剂24-64份。
优选配比为：
小麦秸秆100份，针铁矿50份，热固性环氧树脂30份，固化剂24份。
所述热固性环氧树脂购自镇江丹宝树脂有限公司；
所述固化剂为所述热固性环氧树脂配套的固化剂。
本发明强磁性吸附材料是按以下方法制备得到的：
1)将小麦秸秆自然风干，粉碎至40-80目得粉料；
2)将热固性环氧树脂与固化剂用乙醇溶解并混合均匀得到粘合剂；
3)将所述粉料和针铁矿混合均匀，然后加入粘合剂，混合均匀后得到混合料；
4)将所述混合料自然风干，然后于70-90℃干燥60-70min，干燥后过50目筛，随后置于模具中于100-150℃、6MPa压力下热压成型得坯体，压制时间40-50min；
5)将所述坯体置于管式炉中，在氮气气氛中依次升温至600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃并分别保温4h，随炉冷却至室温即得强磁性吸附材料。
步骤5)中升温速率设置如下：0-350℃的升温速率为2℃/min，350-600℃的升温速率为3℃/min，600-1000℃的升温速率为5℃/min。
我国是个农业大国，每年都会有大量的废弃秸秆在田间焚烧，不仅造成资源浪费，而且对环境也造成了一定的污染。将秸秆用于研制环境材料，不仅减轻环境压力，利用生物质可再生能源，实现节能减排的效果，而且对于废弃物的资源化利用也有重要意义。
针铁矿是一种水合氧化铁，属于纳米矿物，是表生环境中广泛存在的稳定矿物。具有较高的化学活性，可在生物质热解气氛下被还原，相变为高比表面积和高化学活性的纳米磁铁矿或者纳米铁，纳米磁铁矿具有优异的超顺磁特性和吸附性能，可以进行材料的电磁操纵。另外，纳米铁、纳米磁铁矿对磷具有吸附作用，对硝酸盐具有还原作用，对有机污染物，如有机氯代化合物具有脱毒作用。
本发明以小麦秸秆和针铁矿为原料，添加少量的热固性环氧树脂作为粘结剂，在适宜的温度和气氛下煅烧，同步完成生物质碳化、针铁矿的还原，获得高气孔率、强磁性、高效吸附性的新型材料。所添加的不同比例的针铁矿可以提高材料的力学性能和磁选性能。
本发明制备的强磁性吸附材料抗弯强度达到10MPa，质量磁化率达到2.43×10-4m3/kg，真密度达2.82g/cm3，显气孔率为60.47％，磷的去除效果可达到98.03％。
四、附图说明
图1是针铁矿在600℃下于氮气气氛中煅烧的SEM图。
图2是在600℃下焙烧得到的吸附材料的SEM图。
从图1可以看出，600℃氮气气氛下煅烧的针铁矿成针状形态；从图2可以看出，本发明吸附材料是一种典型的多孔质碳素材料。
五、具体实施方式
本发明强磁性吸附材料的原料构成为：
小麦秸秆100份，针铁矿50份，热固性环氧树脂30份，固化剂24份。
所述热固性环氧树脂为环氧树脂E44-6101，购自镇江丹宝树脂有限公司；
所述固化剂为所述热固性环氧树脂配套的固化剂，具体为低分子650聚酰胺树脂。
本发明强磁性吸附材料是按以下方法制备得到的：
1)将小麦秸秆自然风干，粉碎至40-80目得粉料；
2)将热固性环氧树脂与固化剂用乙醇溶解并混合均匀得到粘合剂；
3)将所述粉料、针铁矿混合均匀，然后加入粘合剂，混合均匀后得到混合料；
4)将所述混合料在室温下自然风干，然后于70-90℃干燥60-70min，干燥后过50目筛，随后置于模具中于100℃、6MPa压力下热压成型得坯体，压制时间40-50min；
5)将所述坯体置于高温管式炉中，在氮气气氛中依次升温至600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃并分别保温4h，随炉冷却至室温即得强磁性吸附材料。升温速率设置如下：0-350℃的升温速率为2℃/min，350-600℃的升温速率为3℃/min，600-1000℃的升温速率为5℃/min。
将本发明制备的强磁性吸附材料用于处理模拟城市生活含磷污水，试验过程如下：
模拟城市生活含磷溶液，通过单因子变量法，逐个控制吸附材料投加量、溶液温度、溶液含磷起始浓度等，以获取最佳吸附条件。其中，含磷溶液均取100mL，溶液中磷的起始浓度范围为2-5mg/L，溶液温度控制在20-35℃，吸附材料投加量范围为100-500mg。经试验得出，100mL含磷溶液中吸附材料的最佳投加量为100mg，溶液温度为25℃，溶液中磷的起始浓度为5mg/L，此时磷的去除效率可达98.03％。
Claims (2)
1.一种强磁性吸附材料，其特征在于其原料按质量份数构成为：
小麦秸秆100-300份，针铁矿50-100份，热固性环氧树脂30-80份，固化剂24-64份；
所述固化剂为所述热固性环氧树脂配套的固化剂；
所述强磁性吸附材料是按以下步骤制备得到的：
1）将小麦秸秆自然风干，粉碎至40-80目得粉料；
2）将热固性环氧树脂与固化剂用乙醇溶解并混合均匀得到粘合剂；
3）将所述粉料和针铁矿混合均匀，然后加入粘合剂，混合均匀后得到混合料；
4）将所述混合料自然风干，然后于70-90℃干燥60-70min，干燥后过50目筛，随后置于模具中于100-150℃、6MPa压力下热压成型得坯体，压制时间40-50min；
5）将所述坯体置于管式炉中，在氮气气氛中依次升温至600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃并分别保温4h，随炉冷却至室温即得强磁性吸附材料；
步骤5）中升温速率设置如下：0-350℃的升温速率为2℃/min，350-600℃的升温速率为3℃/min，600-1000℃的升温速率为5℃/min。
2.根据权利要求1所述的强磁性吸附材料，其特征在于其原料按质量份数构成为：
小麦秸秆100份，针铁矿50份，热固性环氧树脂30份，固化剂24份。
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