CN104907042A - 一种碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法 - Google Patents

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赵晓业
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Abstract

本发明公开了一种碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法，属于吸附材料的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：一种碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法，包括酚醛树脂的制备、酚醛树脂-Fe3O4样品的制备和碳-Fe3O4磁性活性炭的制备等步骤。本发明通过对活性碳磁化改性后，吸附速率明显增大，虽然吸附平衡量有所降低，但是降低的程度并不大，吸附产物能够通过外加磁场的方法简单、快速且高效率地回收碳-Fe3O4样品。

Description

一种碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法
技术领域
本发明属于吸附材料的合成技术领域，具体涉及一种碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法。
背景技术
近年来，由硅或者碳形成的分散的纳米胶体聚合物引起了许多研究者的注意，它们被广泛应用于药物传输、活性物质封袋、胶体催化剂和一些离子的模版。这些成功的应用完全依赖于胶体球自身的优点：球体的表面性能、球体尺寸的可控性以及严格的自动组装性。斯托贝尔法合成的硅球体的尺寸大小主要为150-500nm。由乳液聚合方法可以制备一些分散的聚合物球体，如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚羟乙基甲基丙烯酸酯等，但是这些球体在高温反应的过程中由于自身的热分解并没有转化成希望得到的碳类物质。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种用于低浓度苯酚吸附的碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法，根据扩展的Stober方法，并结合水热反应合成了单分散的酚醛树脂聚合物，经过负载Fe3O4改性后碳化得到相应的碳-Fe3O4磁性活性炭
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）酚醛树脂的制备，取0.2mL氨水转移到100mL的单口烧瓶中，再加入40mL去离子水和16mL无水乙醇溶液，于30℃搅拌1h后加入0.4g间苯二酚，继续搅拌30min，再加入0.56mL甲醛溶液，搅拌反应24h后将粉红色乳液转移至100mL的反应釜中，于100℃反应24h，溶液呈砖红色，冷却、离心洗涤后，于100℃干燥48h得到酚醛树脂；（2）酚醛树脂-Fe3O4样品的制备，称取0.1g酚醛树脂、0.2164g FeCl3·6H2O和0.1112g FeSO4·7H2O置于100mL烧瓶中，加入40mL去离子水，此时C（Fe2+）=0.01mol/L，于70℃搅拌混合均匀，用摩尔浓度为8mol/L的氨水溶液调节反应体系的pH=9-10，然后于70℃搅拌反应4h，冷却、离心洗涤干燥后得到酚醛树脂-Fe3O4样品；（3）碳-Fe3O4磁性活性炭的制备，将酚醛树脂-Fe3O4样品移入磁舟中，放入管式炉，在N2氛围下以10℃/min的升温速率升温至600℃碳化4h后得到碳-Fe3O4磁性活性炭。
本发明通过对活性碳磁化改性后，吸附速率明显增大，虽然吸附平衡量有所降低，但是降低的程度并不大，吸附产物能够通过外加磁场的方法简单、快速且高效率地回收碳-Fe3O4样品。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的酚醛树脂的SEM图，图2是本发明实施例2制得的酚醛树脂-Fe3O4样品的SEM图，图3是本发明实施例3制得的酚醛树脂-Fe3O4样品的SEM图，图4是本发明实施例4制得的酚醛树脂-Fe3O4样品的SEM图，图5是本发明实施例5制得的酚醛树脂-Fe3O4样品的SEM图，图6是本发明实施例2制得的酚醛树脂-Fe3O4样品的SEM图，图7是本发明实施例2制得的碳-Fe3O4磁性活性炭的SEM图，图8是吸光度与苯酚浓度的拟合曲线，图9是改性前后的活性炭对苯酚的吸附动力学曲线，图10是二级吸附速率的拟合曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
酚醛树脂的制备
取0.2mL氨水转移到100mL的单口烧瓶中，再加入40mL去离子水和16mL无水乙醇溶液，于30℃搅拌1h后加入0.4g间苯二酚，继续搅拌30min，再加入0.56mL甲醛溶液，搅拌反应24h后将粉红色乳液转移至100mL的反应釜中，于100℃反应24h，溶液呈砖红色，冷却、离心洗涤后，于100℃干燥48h，得到酚醛树脂。
实施例2
酚醛树脂-Fe3O4样品及碳-Fe3O4磁性活性炭的制备
称取0.1g酚醛树脂、0.2164g FeCl3·6H2O和0.1112g FeSO4·7H2O置于100mL烧瓶中，加入40mL去离子水，此时C（Fe2+）=0.01mol/L，于70℃搅拌混合均匀，用摩尔浓度为8mol/L的氨水溶液调节反应体系的pH=9-10，于70℃搅拌反应4h，冷却、离心洗涤干燥后得到酚醛树脂-Fe3O4样品；将酚醛树脂-Fe3O4样品移入磁舟中，放入管式炉，在N2氛围下以10℃/min的升温速率升温至600℃碳化4h后得到碳-Fe3O4磁性活性炭。
实施例3
酚醛树脂-Fe3O4样品的制备及碳-Fe3O4磁性活性炭的制备
称取0.1g酚醛树脂、0.2164g FeCl3·6H2O和0.2224g FeSO4·7H2O置于100mL烧瓶中，加入40mL去离子水，此时C（Fe2+）=0.02mol/L，于70℃搅拌混合均匀，用摩尔浓度为8mol/L的氨水溶液调节反应体系的pH=9-10，于70℃搅拌反应4h，冷却、离心洗涤干燥后得到酚醛树脂-Fe3O4样品；将酚醛树脂-Fe3O4样品移入磁舟中，放入管式炉，在N2氛围下以10℃/min的升温速率升温至600℃碳化4h后得到碳-Fe3O4磁性活性炭。
实施例4
酚醛树脂-Fe3O4样品的制备及碳-Fe3O4磁性活性炭的制备
称取0.1g酚醛树脂、0.2164g FeCl3·6H2O和0.0556g FeSO4·7H2O置于100mL烧瓶中，加入40mL去离子水，此时C（Fe2+）=0.005mol/L，于70℃搅拌混合均匀，用摩尔浓度为8mol/L的氨水溶液调节反应体系的pH=9-10，于70℃搅拌反应4h，冷却、离心洗涤干燥后得到酚醛树脂-Fe3O4样品；将酚醛树脂-Fe3O4样品移入磁舟中，放入管式炉，在N2氛围下以10℃/min的升温速率升温至600℃碳化4h后得到碳-Fe3O4磁性活性炭。
实施例5
酚醛树脂-Fe3O4样品的制备及碳-Fe3O4磁性活性炭的制备
称取0.1g酚醛树脂、0.2164g FeCl3·6H2O和0.0278g FeSO4·7H2O置于100mL烧瓶中，加入40mL去离子水，此时C（Fe2+）=0.0025mol/L，于70℃搅拌混合均匀，用摩尔浓度为8mol/L的氨水溶液调节反应体系的pH=9-10，于70℃搅拌反应4h，冷却、离心洗涤干燥后得到酚醛树脂-Fe3O4样品；将酚醛树脂-Fe3O4样品移入磁舟中，放入管式炉，在N2氛围下以10℃/min的升温速率升温至600℃碳化4h后得到碳-Fe3O4磁性活性炭。
图1是实施例1制得的酚醛树脂的SEM图，从图中可以看出酚醛树脂是大小均一、粒径在500nm左右并且分散性较好的球体。图2-5分别对应实施例2-5制得的酚醛树脂-Fe3O4样品的SEM图，当增大样品中Fe3O4的含量时，如图3所示，Fe3O4附着于酚醛树脂球体的表面后，由于Fe3O4含量较多，自身磁性相吸，使得样品发生很大程度的团聚，甚至具有结块的现象。当减小Fe3O4的含量时，如图4和5所示，由于Fe3O4含量较少，出现了一些“裸球”，即很多酚醛树脂球体表面没有附着Fe3O4。相比较而言，当C（Fe2+）=0.01mol/L时，如图2和6所示，酚醛树脂球体表面均匀地附着上了Fe3O4磁性物质，并且还保持着比较好的分散性。然后将酚醛树脂-Fe3O4样品隔绝空气碳化后，得到碳-Fe3O4磁性活性炭，如图7所示，在高温碳化后，碳球的粒径减小了，表面附着的Fe3O4磁性物质仍保持在球体的表面。经SEM图像分析后，确定了酚醛树脂与Fe3O4的最佳配比，选用酚醛树脂-Fe3O4样品作为磁性活性炭的前体。
实施例6
称量0.0119g苯酚，配置成250mL的溶液，以此溶液为母液，配得不同浓度的苯酚溶液。溶液配置均匀后，以高纯水做参比，用紫外可见分光光度计测量各个溶液在270nm处的吸光度，分别测量两次，求平均值，苯酚溶液的浓度及吸光度如表1所示：
表1 苯酚溶液的浓度与吸光度
溶液编号 1 2 3 4 5
浓度（mg/L） 0.1142 0.1904 0.952 2.856 5.712
吸光度A 0.0115 0.0195 0.0225 0.0595 0.0955
溶液编号 6 7 8 9 10
浓度（mg/L） 7.616 10.472 13.328 16.184 10.04
吸光度A 0.126 0.166 0.2105 0.25 0.2905
绘制苯酚溶液的标准曲线，得到吸光度与苯酚浓度的回归曲线方程为A=0.012485204+0.0147C, 相关系数R=0.99974，如图8所示。
采用图8，即苯酚溶液的标准曲线来测定溶液中剩余苯酚的浓度。两种活性炭的投加浓度均为200mg/L，经过不同时间的测定，溶液中剩余苯酚的浓度如表2，改性前后活性炭对苯酚的吸附动力学实验如图9所示。
t时刻活性炭对苯酚的吸附量为：
Q=（C0-C）V/m                       (式1)
式中，Q是t时刻活性炭对苯酚的吸附量，mg/g；C0和C分别为溶液中苯酚的起始浓度和t时刻的浓度，mg/L；V是溶液的总体积，L；m是投加的粉末活性炭的质量，g。
t/Qt=1/(k Qe 2)+t/Qe                                           （式2）
其中式中t为吸附时间，min；Qt是在t时刻活性炭对苯酚的吸附量，mg/g；Qe是吸附达到平衡时活性炭对苯酚的平衡吸附量，mg/g；k为拟二级吸附速率模型的吸附速率常数，g/mg·min-1。
表2  碳粉和碳-Fe3O4对苯酚的去除效果
对表2的数据利用式2进行拟二级吸附速率模型的拟合，拟合结果如图10所示，最终得到碳粉和碳-Fe3O4对苯酚的拟二级吸附速率模型如表3所示。
表3 碳粉和碳- Fe3O4吸附苯酚的拟二级速率模型
活性炭类型 Qe(mg/g) k(g/mg·min-1) R
碳粉 36.63 0.01245 0.98493
碳-Fe3O4 34.42 0.1067 0.99966
从表3可得，碳粉和碳-Fe3O4吸附苯酚的拟二级速率模型曲线R值分别为0.98493和0.99966，均大于0.95，因此两者对苯酚的吸附速率均符合拟二级吸附速率模型。由该拟合模型得到的碳粉和碳-Fe3O4对苯酚的平衡吸附量分别为36.63mg/g和34.42mg/g，可见经过改性之后，碳-Fe3O4对苯酚的平衡吸附量降低了，这可能是由于碳球表面附着的Fe3O4阻塞了表面的一些吸附位点。但是经改性后的碳-Fe3O4对苯酚的吸附速率远大于碳粉对苯酚的吸附速率，图10中，在5min时，碳-Fe3O4磁性活性炭对苯酚的吸附量已达到平衡吸附量的97.33%，而碳粉的是64.05%。这可能是因为经过Fe3O4改性后，碳球的表面含氧极性基团增加，增强了对极性物质的吸附能力，从而增大了碳-Fe3O4对苯酚的吸附速率。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (1)

1.一种碳-Fe3O4磁性活性炭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）酚醛树脂的制备，取0.2mL氨水转移到100mL的单口烧瓶中，再加入40mL去离子水和16mL无水乙醇溶液，于30℃搅拌1h后加入0.4g间苯二酚，继续搅拌30min，再加入0.56mL甲醛溶液，搅拌反应24h后将粉红色乳液转移至100mL的反应釜中，于100℃反应24h，溶液呈砖红色，冷却、离心洗涤后，于100℃干燥48h得到酚醛树脂；（2）酚醛树脂-Fe3O4样品的制备，称取0.1g酚醛树脂、0.2164g FeCl3·6H2O和0.1112g FeSO4·7H2O置于100mL烧瓶中，加入40mL去离子水，此时C（Fe2+）=0.01mol/L，于70℃搅拌混合均匀，用摩尔浓度为8mol/L的氨水溶液调节反应体系的pH=9~10，然后于70℃搅拌反应4h，冷却、离心洗涤干燥后得到酚醛树脂-Fe3O4样品；（3）碳-Fe3O4磁性活性炭的制备，将酚醛树脂-Fe3O4样品移入磁舟中，放入管式炉，在N2氛围下以10℃/min的升温速率升温至600℃碳化4h后得到碳-Fe3O4磁性活性炭。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106512930A (zh) * 2016-10-14 2017-03-22 江苏大学 一种榴莲皮基生物质炭材料的制备方法及其应用
CN106512931A (zh) * 2016-10-14 2017-03-22 江苏大学 一种高效吸附有机物的生物质炭材料及其制备方法
CN107252686A (zh) * 2017-08-16 2017-10-17 四川大学 一种含酚废水的处理方法
CN107774232A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种含炭球的磁性活性炭混合物及其制备方法
CN108270001A (zh) * 2017-12-12 2018-07-10 湖北工业大学 “一锅法”合成四氧化三铁@碳复合材料的制备方法
CN108314700A (zh) * 2018-02-27 2018-07-24 青岛大学 一种固相合成多肽的方法、合成的磁性纳米探针及其应用
CN109173988A (zh) * 2018-08-20 2019-01-11 扬州大学 磁性复合活性炭、制备方法及其在有机废水处理中的应用
CN110115989A (zh) * 2019-06-11 2019-08-13 中国科学院长春应用化学研究所 一种顺磁性聚合物复合微球及其制备方法
CN110680807A (zh) * 2019-08-01 2020-01-14 广东健信制药股份有限公司 一种注射用棓丙酯的制备方法
CN113019325A (zh) * 2021-03-15 2021-06-25 扬州工业职业技术学院 一种磁性吸附材料及其制备方法
CN114307961A (zh) * 2022-01-04 2022-04-12 福州大学 一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1500736A (zh) * 2002-11-13 2004-06-02 中国科学院生态环境研究中心 用于水处理的磁性活性炭的制备方法
CN101642699A (zh) * 2009-08-06 2010-02-10 浙江大学 一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途
CN103157438A (zh) * 2013-04-10 2013-06-19 哈尔滨工业大学 一种碳微球/纳米铁氧化物磁性复合材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1500736A (zh) * 2002-11-13 2004-06-02 中国科学院生态环境研究中心 用于水处理的磁性活性炭的制备方法
CN101642699A (zh) * 2009-08-06 2010-02-10 浙江大学 一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途
CN103157438A (zh) * 2013-04-10 2013-06-19 哈尔滨工业大学 一种碳微球/纳米铁氧化物磁性复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIAN LIU ET AL.: "Extension of The Stober Method to the Preparation of Monodisperse Resorcinol-Formaldehyde Resin Polymer and Carbon Spheres", 《ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION》 *
刘晓琳等: "酚醛树脂基磁性活性炭的制备及性能研究", 《功能材料》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106512931A (zh) * 2016-10-14 2017-03-22 江苏大学 一种高效吸附有机物的生物质炭材料及其制备方法
CN106512930A (zh) * 2016-10-14 2017-03-22 江苏大学 一种榴莲皮基生物质炭材料的制备方法及其应用
CN107252686A (zh) * 2017-08-16 2017-10-17 四川大学 一种含酚废水的处理方法
CN107774232A (zh) * 2017-10-27 2018-03-09 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种含炭球的磁性活性炭混合物及其制备方法
CN108270001A (zh) * 2017-12-12 2018-07-10 湖北工业大学 “一锅法”合成四氧化三铁@碳复合材料的制备方法
CN108314700B (zh) * 2018-02-27 2021-08-03 青岛大学 一种固相合成多肽的方法、合成的磁性纳米探针及其应用
CN108314700A (zh) * 2018-02-27 2018-07-24 青岛大学 一种固相合成多肽的方法、合成的磁性纳米探针及其应用
CN109173988A (zh) * 2018-08-20 2019-01-11 扬州大学 磁性复合活性炭、制备方法及其在有机废水处理中的应用
CN110115989A (zh) * 2019-06-11 2019-08-13 中国科学院长春应用化学研究所 一种顺磁性聚合物复合微球及其制备方法
CN110680807A (zh) * 2019-08-01 2020-01-14 广东健信制药股份有限公司 一种注射用棓丙酯的制备方法
CN110680807B (zh) * 2019-08-01 2021-07-13 广东健信制药股份有限公司 一种注射用棓丙酯的制备方法
CN113019325A (zh) * 2021-03-15 2021-06-25 扬州工业职业技术学院 一种磁性吸附材料及其制备方法
CN114307961A (zh) * 2022-01-04 2022-04-12 福州大学 一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法
CN114307961B (zh) * 2022-01-04 2023-08-18 福州大学 一种兼具吸附和抗菌性能的双功能碳材料及其制备方法

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