CN106179210A - 一种磁性颗粒活性炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁性颗粒活性炭的制备方法，本发明采用固态的FeCl3、FeCl2和NaOH按一定的摩尔比混合后通过研磨或球磨制备磁性四氧化三铁。加入的生石灰，在高温条件下与污泥中的SiO2、Al2O3等物质反应生产硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等形成强度的物质，从而提高了颗粒活性炭的强度。通过高温炭化，无需加活化剂氯化锌、硫酸或氢氧化钾等物质就能实现高效吸附的效果。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，涉及一种磁性颗粒活性炭的制备方法.
背景技术
四氧化三铁具有永久的磁化特性,当四氧化三铁粒子的粒径在5-100nm范围时，就会表现许多特异的功能，如表面活性高、磁性强、导电性好等等。将磁性四氧化三铁负载于环保材料中，为材料的回收带来极大的便利。目前磁性四氧化三铁制备的方法存在工艺复杂、成本高等问题。申请号为：200610016424.2名称为：磁性四氧化三铁纳米超细微粒的超声波辅助水热合成工艺；申请号为：200910213000.9名称为：高磁性四氧化三铁磁粉及其制备方法，用氢氧化钠溶液、硫酸亚铁溶液、硅酸钠溶液和去离子水等原料，经混合、反应、漂洗、压滤、干燥、粉碎和筛选等步骤而制成。
随着城市污水厂数量的增多，随之污泥的排放量也在急剧的增加。由于污泥中含有大量的有机物和无机物，若不加以有效的处理，将给环境带来二次污染。目前国内多污泥的处理主要有填埋、焚烧及能源化利用等，但存在二次污染较严重等问题。申请号为201110422233.7名称为：污泥基活性炭及其制备方法；申请号为：201110000831.5名称为：一种污泥活性炭及其制备方法等都介绍了污泥制备活性炭方法，但基本上都是制备粉末颗粒活性炭。本发明制备的是颗粒活性炭粒径为3-5mm。
随着汽车工业的高速发展，废旧轮胎的数量也与日剧增，随着产生的是废旧橡胶轮胎的环境污染问题，不仅占用了大量的土地，而且容易滋生蚊蝇，造成了严重的环境问题，因此废旧橡胶轮胎的资源化利用是目前面临的一个突出的问题。目前废旧橡胶轮胎资源化方式包括：轮胎翻新、热解、生产胶粉和再生胶等。由于废旧轮胎橡胶含碳量高，因此通过炭化技术可制备活性炭材料。申请号为：200910228529名称为：一种利用废弃轮胎橡胶制备活性炭的方法。
申请号为：2012102818826.5，名称为：生物质基磁性活性炭的制备方法，磁流体由共沉淀法或催化法制得纳米级的四氧化三铁，混合过程中四氧化三铁吸附于活性炭中，此方法制备的磁性四氧化三铁过程复杂。
活性炭是一种具有丰富的内部空隙结构和较高的比表面积的优良吸附材料，但其原材料主要是煤和木材等含碳材料，成本较高。本发明利用固相反应制备磁性四氧化三铁粉末与废旧轮胎橡胶和污泥作为原料制备磁性颗粒活性炭，不仅吸附能力强，强度高，磁性高，而且成本低廉，节约资源，同时一并解决了废橡胶和污泥的环境污染问题，并能用于空气、水体、土壤污染等治理，并能较好的实现颗粒活性炭的回收。
目前磁性四氧化三铁制备的方法存在工艺复杂、成本高等问题，通过将氯化铁、氯化亚铁和氢氧化钠三者固体颗粒通过研磨或球磨(固相反应)制备磁性四氧化三铁，此工艺简单，而且磁性高。现有利用煤和木材制备的活性炭成本高，本发明利用废橡胶和污泥废弃物制备颗粒活性炭，原料来源广泛，成本低廉。现有的活性炭制备大多是制备粉末颗粒活性炭，在废水处理中容易流失，影响污水处理，在土壤修复中不容易回收等问题。根据存在的问题，本发明制备出的磁性活性炭颗粒粒径控制在3-5mm。现有的颗粒活性炭强度不高，本发明利用污泥中含有的无机化学成分SiO2、Al2O3等物质与加入的生石灰，在高温条件下反应生产硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等形成强度的物质，从而提高了颗粒活性炭的强度。现有颗粒活性炭吸附量小需经活化或加入造孔剂才能提高吸附能力，本发明采用加入可溶性淀粉，主要能起到容易造粒成型，高温下可溶性淀粉，分解挥发使颗粒活性表面内容形成均匀的孔洞，从而提高吸附能力。
技术方案：
本发明提供了一种磁性颗粒活性炭的制备方法。本发明是采用如下技术方案实现的：
一种磁性颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤一)制备磁性四氧化三铁：将固体的2-4摩尔份的FeCl3、1-2摩尔份的FeCl2和8-16摩尔份的NaOH混合研磨或球磨5min-10min，加入去离子水混合均匀后，过滤，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三铁；
废旧轮胎橡胶预处理：将废旧轮胎橡胶粉碎，过100目筛，再放入真空管式气氛炉进行炭化，自然冷却后即得到橡胶碳化物；
污泥预处理：将污泥干燥脱水，使含水率低于20％，再放入行星球磨机中研磨，过100目筛，得预处理污泥；
步骤二)称取60-80重量份的橡胶碳化物、15-25重量份的预处理污泥、5-15重量份的生石灰、2-5重量份的磁性四氧化三铁，混合搅拌均匀，再3-5mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比为5：1～6：1kg/L，搅拌均匀后得到混合泥料；
步骤三)将混合泥料放入造粒成型机中造粒，造粒完成后放入60-80℃真空干燥箱中烘干1-2小时；
步骤四)将烘干好的颗粒放入真空管式气氛炉，以氮气作为保护气，以5-10℃/min的升温速率，升温至900-1000℃，保温30-60min后，自然冷却至室温，用氢氧化钠浸泡10-15小时，用去离子水冲洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性颗粒活性炭颗粒。
进一步的改进，所述步骤一)中，废旧轮胎橡胶炭化的温度为300℃，炭化时间为30分钟。
进一步的改进，所述步骤三)中，造粒形成的颗粒粒径为4-6mm。
进一步的改进，所述步骤四)中，氢氧化钠浓度为浓度为1mol/L。
与现有技术相比，本发明具有以下优点
通过研磨或球磨发生固相反应制备磁性四氧化三铁，工艺简单原料利用废弃物，取之容易、方便。能实现资源化利用。不仅强度高、磁性高，而且吸附效果好。用于污水、土壤中处理不容易造成颗粒分散，不影响处理质量，而且便于回收、再生容易。制备方法、工艺简单，容易操作。加入的生石灰，在高温条件下与污泥中的SiO2、Al2O3等物质反应生产硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙等形成强度的物质，从而提高了颗粒活性炭的强度。通过高温炭化，无需加活化剂氯化锌、硫酸或氢氧化钾等物质就能实现高效吸附的效果。
具体实施方式：
实施例1
一种磁性颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤一)利用固相反应制备磁性四氧化三铁：将固体的2摩尔份的FeCl3、1摩尔份的FeCl2和8摩尔份的NaOH混合研磨或球磨5min，加入去离子水混合均匀后，过滤，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三铁。
废旧轮胎橡胶预处理：将废旧轮胎橡胶粉碎，过100目筛，再放入真空管式气氛炉，在温度为300℃下炭化30分钟，自然冷却后即得到橡胶碳化物。
污泥预处理：将污泥干燥脱水，使含水率低于20％，再放入行星球磨机中研磨，过100目筛，得预处理污泥。
步骤二)称取60重量份的橡胶碳化物、15重量份的预处理污泥、5重量份的生石灰、2重量份的磁性四氧化三铁，混合搅拌均匀，再3mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比为5：1kg/L，搅拌均匀后得到混合泥料。
步骤三)将混合泥料放入造粒成型机中，形成颗粒粒径为4-6mm的颗粒，再放入60℃真空干燥箱中烘干2小时。
步骤四)将烘干好的颗粒放入真空管式气氛炉，以氮气作为保护气，以5℃/min的升温速率，升温至900℃，保温30min后，自然冷却至室温，用浓度为1mol/L的氢氧化钠浸泡10小时，用去离子水冲洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性颗粒活性炭颗粒。
实施例2
一种磁性颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤一)利用固相反应制备磁性四氧化三铁：将固体的4摩尔份的FeCl3、2摩尔份的FeCl2和16摩尔份的NaOH混合研磨或球磨10min，加入去离子水混合均匀后，过滤，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三铁。
废旧轮胎橡胶预处理：将废旧轮胎橡胶粉碎，过100目筛，再放入真空管式气氛炉，在温度为300℃下炭化30分钟，自然冷却后即得到橡胶碳化物。
污泥预处理：将污泥干燥脱水，使含水率低于20％，再放入行星球磨机中研磨，过100目筛，得预处理污泥。
步骤二)称取80重量份的橡胶碳化物、25重量份的预处理污泥、15重量份的生石灰、5重量份的磁性四氧化三铁，混合搅拌均匀，再5mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比为6：1kg/L，搅拌均匀后得到混合泥料。
步骤三)将混合泥料放入造粒成型机中，形成颗粒粒径为4-6mm的颗粒，再放入80℃真空干燥箱中烘干1小时。
步骤四)将烘干好的颗粒放入真空管式气氛炉，以氮气作为保护气，以10℃/min的升温速率，升温至1000℃，保温60min后，自然冷却至室温，用浓度为1mol/L的氢氧化钠浸泡15小时，用去离子水冲洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性颗粒活性炭颗粒。
实施例3
一种磁性颗粒活性炭的制备方法，包括以下步骤：
步骤一)利用固相反应制备磁性四氧化三铁：将固体的2摩尔份的FeCl3、2摩尔份的FeCl2和12摩尔份的NaOH混合研磨或球磨5min-10min，加入去离子水混合均匀后，过滤，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三铁。
废旧轮胎橡胶预处理：将废旧轮胎橡胶粉碎，过100目筛，再放入真空管式气氛炉，在温度为300℃下炭化30分钟，自然冷却后即得到橡胶碳化物。
污泥预处理：将污泥干燥脱水，使含水率低于20％，再放入行星球磨机中研磨，过100目筛，得预处理污泥。
步骤二)称取70重量份的橡胶碳化物、20重量份的预处理污泥、10重量份的生石灰、5重量份的磁性四氧化三铁，混合搅拌均匀，再5mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比为6：1kg/L，搅拌均匀后得到混合泥料。
步骤三)将混合泥料放入造粒成型机中，形成颗粒粒径为4-6mm的颗粒，再放入70℃真空干燥箱中烘干1小时。
步骤四)将烘干好的颗粒放入真空管式气氛炉，以氮气作为保护气，以10℃/min的升温速率，升温至1000℃，保温55min后，自然冷却至室温，用浓度为1mol/L的氢氧化钠浸泡12小时，用去离子水冲洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性颗粒活性炭颗粒。
Claims (4)
1.一种磁性颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一)制备磁性四氧化三铁：将固体的2-4摩尔份的FeCl3、1-2摩尔份的FeCl2和8-16摩尔份的NaOH混合研磨或球磨5min-10min，加入去离子水混合均匀后，过滤，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三铁；
废旧轮胎橡胶预处理：将废旧轮胎橡胶粉碎，过100目筛，再放入真空管式气氛炉进行炭化，自然冷却后即得到橡胶碳化物；
污泥预处理：将污泥干燥脱水，使含水率低于20％，再放入行星球磨机中研磨，过100目筛，得预处理污泥；
步骤二)称取60-80重量份的橡胶碳化物、15-25重量份的预处理污泥、5-15重量份的生石灰、2-5重量份的磁性四氧化三铁，混合搅拌均匀，再3-5mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比为5：1～6：1kg/L，搅拌均匀后得到混合泥料；
步骤三)将混合泥料放入造粒成型机中造粒，造粒完成后放入60-80℃真空干燥箱中烘干1-2小时；
步骤四)将烘干好的颗粒放入真空管式气氛炉，以氮气作为保护气，以5-10℃/min的升温速率，升温至900-1000℃，保温30-60min后，自然冷却至室温，用氢氧化钠浸泡10-15小时，用去离子水冲洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性颗粒活性炭颗粒。
2.如权利要求1所述的一种磁性颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤一)中，废旧轮胎橡胶炭化的温度为300℃，炭化时间为30分钟。
3.如权利要求1所述的一种磁性颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤三)中，造粒形成的颗粒粒径为4-6mm。
4.如权利要求1所述的一种磁性颗粒活性炭的制备方法，其特征在于，所述步骤四)中，氢氧化钠浓度为浓度为1mol/L。
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