CN106824072B - 磁性吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了磁性吸附剂及其制备方法与在废水除磷和除染料中的应用，所述方法的步骤如下：(1)将钛铁矿粉末与活性炭粉末混合均匀得到混合物料，钛铁矿粉末和活性炭粉末分别占混合物料质量的75～90％以及25～10％；(2)在氮气或氩气保护下将混合物料置于微波功率为300～600W的条件下反应5～30分钟并冷却至室温，将所得物料水洗至洗出液呈中性，干燥，即得磁性吸附剂，或者在氮气或氩气保护下将混合物料置于微波功率为300～600W的条件下反应5～30分钟并冷却至室温，将所得物料过筛后载镧得到磁性吸附剂。上述方法制备的磁性吸附剂对磷和染料具有良好的除去能力，本发明不但丰富了吸附剂的种类，而且能降低吸附剂的成本和回收难度，同时拓宽了钛铁矿的应用领域。

Description

磁性吸附剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于吸附材料领域，特别涉及磁性吸附剂及其制备方法，以及该磁性吸附剂在废水除磷和除染料中的应用。
背景技术
随着社会经济的发展和城市建设进程的加快，水体中的磷和染料等难降解物质的污染问题日益严重。磷超标会造成水体缺氧和富营养化，导致水质恶化，危害水体生态系统。染料中多含有具有毒性的稠环芳香族和杂环类化合物，染料进入水体会降低水体的溶解氧浓度，不但会对水生环境造成危害，而且会对人体产生三致毒性。为了有效缓解磷和染料对水体的破坏，保护水体环境，开发廉价、高效的废水除磷和染料等难降解物质的方法已成为废水处理领域十分迫切的任务。
目前，用于废水除磷、除染料的方法主要包括生物法、化学法和吸附法。生物法对磷及染料的去除率较低，且生物法除磷和染料时受温度、pH值、溶解氧浓度等外部因素的干扰较大，效果不稳定。化学法对磷和染料的去除率较高，但化学法的运行费用高，还会产生大量难处理的污泥，容易造成二次污染。吸附法由于其独特的高效、占地面积小、工艺简单等特点，逐渐受到人们的关注。采用吸附法除磷和染料等难降解物质的关键在于寻找廉价、高效、性能稳定和易回收再生的吸附剂。目前，用于废水除磷和染料的商品化吸附剂主要为活性炭，该类吸附剂的价格较高，使用后回收较为困难，且吸附饱和后的再生费用也较为高昂，这些因素都限制了这类吸附剂以及吸附法在水处理领域的大规模工业化应用。
钛铁矿是一种天然氧化物矿产资源，具有廉价、无毒以及储量丰富等优点，钛铁矿目前主要用于生产钛白粉，少量被用来生产金属钛，钛铁矿中的铁等其他金属元素并未得到合理的利用，甚至被作为废物堆弃，这不但浪费了资源，而且会对环境造成严重的污染。若能通过合适的方法将钛铁矿制备成易于回收、无二次污染的磁性吸附剂用于处理含磷和染料等难降解物质的废水，这不但能为钛铁矿的利用提供新的思路，而且对水体环境的保护也将产生积极的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供磁性吸附剂及其制备方法，以及该磁性吸附剂在废水除磷和除染料中的应用，以丰富吸附剂的种类、降低吸附剂的成本和回收难度，同时拓宽钛铁矿的应用领域。
本发明提供了两种磁性吸附剂及其制备方法，以及所述磁性吸附剂在废水除磷和除染料中的应用，它们属于一个总的发明构思。
本发明提供的第一种磁性吸附剂的制备方法，步骤如下：
(1)将钛铁矿粉末与活性炭粉末混合均匀得到混合物料，钛铁矿粉末和活性炭粉末分别占混合物料质量的75％～90％、25％～10％；
(2)在氮气或氩气保护下将混合物料置于微波功率为300～600W的条件下反应5～30分钟并冷却至室温，将所得反应产物水洗至洗出液呈中性，再将水洗后的反应产物干燥，即得磁性吸附剂。
本发明提供的第二种磁性吸附剂的制备方法，步骤如下：
(1)将钛铁矿粉末与活性炭粉末混合均匀得到混合物料，钛铁矿粉末和活性炭粉末分别占混合物料质量的75％～90％、25％～10％；
(2)在氮气或氩气保护下将混合物料置于微波功率为300～600W的条件下反应5～30分钟并冷却至室温，将所得反应产物过100～200目筛；
(3)按照固液比为1kg：(10～50)L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.001～0.2mol/L的镧盐水溶液形成混合液，在搅拌下向所述混合液中滴加碱液直至混合液的pH值上升至8～11，停止搅拌，老化48～72小时，固液分离，将所得固相水洗至洗出液呈中性，然后将水洗后的固相干燥，即得磁性吸附剂。
上述第二种方法的步骤(3)中，在20～60℃的条件下进行老化。
上述两种方法中，所述钛铁矿粉末与活性炭粉末为过100～200目筛的粉体。
上述两种方法的步骤(1)中，为了将钛铁矿粉末与活性炭粉末充分地混合均匀，有效增加钛铁矿粉末与活性炭粉末间的接触面积，促进步骤(2)微波炭热还原反应的进行，优选采用球磨或者高速粉碎机破碎的方式将钛铁矿粉末与活性炭粉末混合均匀。
上述第二种方法中，所述镧盐为氯化镧或硝酸镧。
上述第二种方法中，所述碱液的浓度为0.5～1mol/L，所述碱液优选为碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液。
上述第二种方法的步骤(3)中，搅拌操作的作用是使过筛后的反应产物充分地在镧盐水溶液中分散，从而实现镧在过筛后的反应产物上的均匀负载，具体可采用磁力搅拌或机械搅拌。
本发明还提供了上述方法制备的磁性吸附剂，以及该磁性吸附剂在废水除磷和除染料中的应用。应用时，将所述磁性吸附剂投加至pH值合适的含磷或/和含染料的废水中，在搅拌、超声或振荡等条件下处理即可。本发明提供的磁性吸附剂在吸附磷和染料后，可利用其磁性将其从水体中快速方便地回收，回收后采用微波加热处理即可实现磁性吸附剂的再生，进而反复使用。
将本发明提供的磁性吸附剂用于除磷，当磁性吸附剂的投加量为1g/L时，其对总磷浓度为10mg/L、pH值为3～7的含磷废水的除磷率高于98％。该磁性吸附剂对总磷浓度为10mg/L、pH值为5.74含磷废水中磷的吸附量可达到7.73mg/g。
将本发明提供的磁性吸附剂用于除染料，当磁性吸附剂的投加量为1.6g/L时，其对活性艳红浓度为100mg/L的废水中活性艳红的去除率高于99％，当磁性吸附剂的投加量为0.3g/L时，其对刚果红浓度为100mg/L的废水中刚果红的去除率高达91％。该磁性吸附剂对酸性红88具有极强的吸附能力，对酸性红88浓度为200mg/L、pH值为5.01的废水中酸性红88的吸附量高达600mg/g，特别适合用于处理含酸性红88的废水。
本发明的原理：钛铁矿主要含钛和铁两种元素，钛铁矿本身具有弱磁性，本发明以钛铁矿为原料、活性炭为还原剂，在微波作用下将钛铁矿中以金属复合物形式存在的铁元素通过固体热还原转化成高活性的零价铁，同时，在微波场的作用下，经过炭热还原，钛铁矿中会产生一定的孔隙结构，高活性的零价铁有利于对磷酸根以及染料的去除，钛铁矿经碳热还原产生的孔隙结构能促进其对磷和染料的吸附作用，此外，钛铁矿经过活性炭的热还原后，在钛铁矿表面产生的活性吸附位点有利于稳定负载镧离子，负载镧离子能使磁性吸附剂的除磷和除染料的能力进一步提升。钛铁矿经过炭热还原，其中的活性金属组分(例如铁元素)的价态的变化使得还原产物的磁性得到了提升，同时,钛铁矿的还原产物中存在大量强磁性的FeTiO3，因而得到的吸附剂具有明显的磁性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供了新型的磁性吸附剂以及该吸附剂在废水除磷和除染料中的应用，由于该吸附剂以钛铁矿为原料，在微波作用下经活性炭还原制备得到，或者在该基础上载镧后得到，钛铁矿中的铁被还原后转变成了对磷酸根和染料具有高反应活性的零价铁，在微波场的高热作用下经过炭热还原，钛铁矿中会产生一定的孔隙结构，该结构能促进其对磷和染料的吸附作用，载镧后的吸附剂对磷酸根和染料的去除能力进一步增强，因而该吸附剂具有除磷和除染料效果好的特点；钛铁矿经过炭热还原，其中的活性金属组分(例如铁元素)的价态的变化使得还原产物的磁性得到了提升，同时,钛铁矿的还原产物中存在大量强磁性的FeTiO3，因而该吸附剂比钛铁矿具有更优异的磁性，在吸附废水中的磷和染料后，利用其磁性可将其从水体中快速方便地回收，具有易于回收的优势。
2.实验表明，当投加量大于1g/L时，在相同条件下本发明提供的未载镧磁性吸附剂的除磷能力较商业活性炭更高，而当投加量为1～4g/L时，在相同条件下本发明提供的载镧磁性吸附剂的除磷能力较商业活性炭有显著提升，当投加量为1g/L时，本发明提供的磁性吸附剂对总磷浓度为10mg/L、pH值为3～7的含磷废水的除磷率即可＞98％，本发明所述磁性吸附剂具有除磷效果好和适用的水体pH值范围较广的特点。
3.实验表明，将本发明提供的磁性吸附剂用于除染料，当投加量为1.6g/L时，其对活性艳红浓度为100mg/L的废水中活性艳红的去除率高于99％，当投加量为0.3g/L时，其对刚果红浓度为100mg/L的废水中刚果红的去除率高达91％，该磁性吸附剂具有良好的去除染料的能力，并且，该磁性吸附剂对酸性红88具有极强的吸附能力，对酸性红88浓度为200mg/L、pH值为5.01的废水中酸性红88的吸附量高达600mg/g，特别适合用于处理含酸性红88的废水。
4.由于钛铁矿在我国的储量十分丰富，价格低廉，本发明所述方法以钛铁矿为原料制备磁性吸附剂，不但操作简单，易于实现，因而与商业活性炭相比，本发明提供的磁性吸附剂具有成本低廉的优势，加之该磁性吸附剂的回收和再生的难度低，因而使用该磁性吸附剂处理废水，能够有效降低废水的处理成本，该吸附剂具有广阔的应用前景。
5.本发明提供的方法还为钛铁矿的综合利用提供了新的思路，丰富了钛铁矿的利用方式，拓展了钛铁矿的应用领域。
附图说明
图1为实施例2制备的磁性吸附剂与原料钛铁矿的XRD图谱，其中，曲线(a)原料为钛铁矿的XRD图谱，曲线(b)为磁性吸附剂的XRD图谱；
图2为实施例3制备的磁性吸附剂、实施例8制备的载镧磁性吸附剂、钛铁矿、以及商业活性炭的除磷率对比曲线；
图3为实施例9制备的载镧磁性吸附剂在不同pH值条件下的除磷率曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明所述磁性吸附剂及其制备方法以及该磁性吸附剂在废水除磷和除染料中的应用作进一步说明。
下述各实施例中，所述钛铁矿来自中国攀枝花，其中的主要元素及含量为：O-45.07wt.％，Fe-21.73wt.％，Ti-20.76wt.％；所述活性炭为椰壳活性炭，其碘值为1050mg/g。
实施例1
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和1.5g活性炭粉末，使用球磨机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为300W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的反应产物在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得磁性吸附剂。
实施例2
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和1.5g活性炭粉末，使用高效多功能粉碎机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的反应产物在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得磁性吸附剂。
原料钛铁矿和本实施例制备的磁性吸附剂的XRD图谱如图1中的曲线(a)和(b)所示，由图1可知，本实施例制备的磁性吸附剂的XRD图谱中出现了Fe的特征衍射峰，说明钛铁矿中的以金属复合物形式存在的铁在微波条件下被活性炭热还原成了零价铁。
实施例3
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和3g活性炭粉末，使用高效多功能粉碎机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的反应产物在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得磁性吸附剂。
实施例4
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过150目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取15g钛铁矿粉末和5g活性炭粉末，使用球磨机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氩气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应5分钟，冷却至室温，将所得反应产物用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的反应产物在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得磁性吸附剂。
实施例5
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过100目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取13.5g钛铁矿粉末和1.5g活性炭粉末，使用球磨机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氩气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为400W的条件下反应30分钟，冷却至室温，将所得反应产物用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的反应产物在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得磁性吸附剂。
实施例6
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和1.5g活性炭粉末，使用球磨机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为300W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物过100目筛；
(3)按照固液比为1kg：10L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.001mol/L的氯化镧水溶液形成混合液，在转速为50r/min的磁力搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为0.5mol/L的碳酸钠溶液直至混合液的pH值上升至8，停止搅拌，在室温(20～30℃)老化48小时，过滤，将所得固相用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的固相在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得载镧磁性吸附剂。
实施例7
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和3g活性炭粉末，使用高效多功能粉碎机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物过150目筛；
(3)按照固液比为1kg：50L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.002mol/L的氯化镧水溶液形成混合液，在转速为60r/min的磁力搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为0.8mol/L的氢氧化钠溶液直至混合液的pH值上升至9，停止搅拌，在室温(20～30℃)老化64小时，过滤，将所得固相用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的固相在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得载镧磁性吸附剂。
实施例8
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和3g活性炭粉末，使用高效多功能粉碎机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物过200目筛；
(3)按照固液比为1kg：50L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.02mol/L的氯化镧水溶液形成混合液，在转速为50r/min的机械搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液直至混合液的pH值上升至10，停止机械搅拌，在室温(20～30℃)老化72小时，过滤，将所得固相用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的固相在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得载镧磁性吸附剂。
实施例9
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和3g活性炭粉末，使用高效多功能粉碎机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物过200目筛；
(3)按照固液比为1kg：50L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.12mol/L的硝酸镧水溶液形成混合液，在转速为60r/min的机械搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液直至混合液的pH值上升至11，停止机械搅拌，在室温(20～30℃)老化72小时，过滤，将所得固相用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的固相在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得载镧磁性吸附剂。
实施例10
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过200目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取12g钛铁矿粉末和3g活性炭粉末，使用高效多功能粉碎机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氮气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应10分钟，冷却至室温，将所得反应产物过200目筛；
(3)按照固液比为1kg：50L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.2mol/L的氯化镧水溶液形成混合液，在转速为80r/min的机械搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液直至混合液的pH值上升至11，停止机械搅拌，在室温(20～30℃)老化72小时，过滤，将所得固相用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的固相在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得载镧磁性吸附剂。
实施例11
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过150目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取15g钛铁矿粉末和5g活性炭粉末，使用球磨机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氩气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为600W的条件下反应5分钟，冷却至室温，将所得反应产物过150目筛；
(3)按照固液比为1kg：20L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.1mol/L的氯化镧水溶液形成混合液，在转速为100r/min的机械搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液直至混合液的pH值上升至11，停止机械搅拌，置于60℃的水浴中老化48小时，过滤，将所得固相用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的固相在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得载镧磁性吸附剂。
实施例12
本实施例中，制备磁性吸附剂，步骤如下：
(1)分别将钛铁矿、活性炭粉碎，过100目筛得到钛铁矿粉末与活性炭粉末，称取13.5g钛铁矿粉末和1.5g活性炭粉末，使用球磨机将钛铁矿粉末和活性炭粉末混合均匀得到混合物料；
(2)将步骤(1)所得混合物料置于石英管中并通氩气置换掉石英管中的空气，然后置于微波炉中在微波功率为400W的条件下反应30分钟，冷却至室温，将所得反应产物过100目筛；
(3)按照固液比为1kg：35L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.05mol/L的硝酸镧水溶液形成混合液，在转速为80/min的磁力搅拌条件下向所述混合液中滴加浓度为0.8mol/L的氢氧化钠溶液直至混合液的pH值上升至10，停止搅拌，置于40℃的水浴中老化60小时，过滤，将所得固相用去离子水洗涤至洗出液呈中性，将水洗后的固相在105℃干燥去除水分并自然冷却至室温，即得载镧磁性吸附剂。
应用例1
本应用中，将实施例3制备的磁性吸附剂、实施例8制备的载镧磁性吸附剂、商业活性炭(椰壳活性炭)以及钛铁矿用于对模拟废水除磷，考察它们的除磷效果。
将实施例3制备的磁性吸附剂过200目筛，取4份总磷浓度为10mg/L、pH值为5.74的溶液50mL作为模拟废水，按照1g/L、2g/L、3g/L、4g/L的投加量投加前述过筛后的磁性吸附剂；取4份上述模拟废水，按照1g/L、2g/L、3g/L、4g/L的投加量投加商业活性炭粉末；取3份上述模拟废水，按照1g/L、2g/L、4g/L的投加量投加实施例8制备的载镧磁性吸附剂；将钛铁矿粉末过200目筛，取3份上述模拟废水，按照1g/L、2g/L、4g/L的投加量投加前述过筛后的钛铁矿粉末；投加完毕后，于室温在120r/min的转速下振荡8h后，分别取上清液过滤，采用钼锑抗分光光度法测定滤液的总磷浓度，计算对模拟废水的除磷率，比较实施例3制备的磁性吸附剂、实施例8制备的载镧磁性吸附剂、商业活性炭以及钛铁矿的除磷能力，结果如图2所示。由图2可知，钛铁矿粉末的除磷效果最差，而且随着投加量的增加，钛铁矿粉末的除磷率基本未发生变化；实施例3制备的磁性吸附剂、商业活性碳粉末以及实施例8制备的载镧磁性吸附剂的除磷率都高于钛铁矿粉末，在投加量为1g/L的条件下，实施例3制备的磁性吸附剂的除磷率略高于商业活性炭的除磷率，随着投加量的增加，实施例3制备的磁性吸附剂的除磷率都比商业活性炭的除磷率有较为明显的提升；实施例8制备的载镧磁性吸附剂的除磷率最高，明显高于实施例3制备的磁性吸附剂和商业活性炭的除磷率。
应用例2
本应用例中，将实施例6和实施例10制备的载镧磁性吸附剂应用于对模拟废水除磷，考察它们的除磷效果。
取2份总磷浓度为10mg/L、pH值为5.74的溶液50mL作为模拟废水，向其中一份模拟废水中投加0.2g实施例6制备的载镧磁性吸附剂，向另一份模拟废水中投加0.05g实施例10制备的载镧磁性吸附剂，在室温置于功率为120W的超声波清洗器中超声30分钟，分别取上清液过滤，采用钼锑抗分光光度法测定滤液的总磷浓度，结果表明，实施例6制备的载镧磁性吸附剂对模拟废水的除磷率为71.4％，实施例10制备的载镧磁性吸附剂对模拟废水的除磷率为100％。
应用例3
本应用例中，将实施例7和实施例8制备的载镧磁性吸附剂应用于对模拟废水除磷，考察它们对模拟废水中磷的吸附量。
取总磷浓度为10mg/L、pH值为5.74的溶液50mL作为模拟废水，向模拟废水中投加0.05g实施例7制备的载镧磁性吸附剂，于室温在180r/min的转速下振荡3h，取上清液过滤，采用钼锑抗分光光度法测定滤液的总磷浓度，结果表明，实施例7制备的载镧磁性吸附剂对磷的吸附量高达7.23mg/g。
取总磷浓度为10mg/L、pH值为5.74的溶液50mL作为模拟废水，向模拟废水中投加0.05g实施例8制备的载镧磁性吸附剂，于室温在180r/min的转速下振荡2h，取上清液过滤，采用钼锑抗分光光度法测定滤液的总磷浓度，结果表明，实施例8制备的载镧磁性吸附剂对磷的吸附量高达7.73mg/g。
应用例4
本应用例中，将实施例9制备的载镧磁性吸附剂用于在不同pH值条件下进行除磷，考察该吸附剂在不同pH值条件下的除磷能力。
取6份总磷浓度为10mg/L的溶液，分别调节各溶液的pH值至3、5、6、7、9、11形成模拟废水，按照1g/L的投加量投加实施例9制备的载镧磁性吸附剂，于室温在150rpm的转速下振荡3h，分别用0.45μm滤膜取上清液过滤，然后采用钼锑抗分光光度法测定滤液的总磷浓度，计算除磷率，结果如图3所示。由图3可知，当模拟废水的pH值为3～7时，实施例9制备的载镧磁性吸附剂的除磷率都保持在98％以上，当模拟废水的pH值为9～11时，该载镧磁性吸附剂的除磷率在80％左右，这说明本发明提供的载镧磁性吸附剂在除磷时，适用的水体pH值范围较广，尤其适用于pH值为3～7范围的水体的除磷。
应用例5
本应用例中，将实施例1制备的磁性吸附剂用于去除模拟废水中酸性红88，考察该吸附剂对模拟废水中酸性红88的吸附量。
取酸性红88浓度为200mg/L、pH值为5.01的溶液50mL作为模拟废水，向模拟废水中投加0.01g实施例1制备的磁性吸附剂，在室温置于功率为120W的超声波清洗器中超声30分钟，取上清液过滤，采用紫外分光光度法测定滤液中酸性红88的浓度，计算吸附量，结果表明，实施例1制备的磁性吸附剂对酸性红88的吸附量高达600mg/g。
应用例6
本应用例中，将实施例8制备的载镧磁性吸附剂用于去除模拟废水中的活性艳红，考察该吸附剂对模拟废水中活性艳红的去除率。
将活性艳红用去离子水配制成活性艳红浓度为100mg/L的溶液作为模拟废水，取50mL模拟废水并向其中投加0.08g实施例8制备的载镧磁性吸附剂，在室温置于功率为120W的超声波清洗器中超声30分钟，取上清液过滤，采用紫外分光光度法测定滤液中活性艳红的浓度，计算活性艳红去除率，结果表明，活性艳红去除率大于99％。
应用例7
本应用中，将实施例9制备的载镧磁性吸附剂用于去除模拟废水中的刚果红，考察该吸附剂对模拟废水中刚果红的去除率。
将刚果红用去离子水配制成刚果红浓度为100mg/L的溶液作为模拟废水，取50mL模拟废水并向其中投加0.015g实施例9制备的载镧磁性吸附剂，于室温在200r/min的转速下振荡3h，取上清液过滤，采用紫外分光光度法测定滤液中刚果红的浓度，计算刚果红去除率，结果表明，刚果红去除率为91％。

Claims (9)

1.一种磁性吸附剂的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)将钛铁矿粉末与活性炭粉末混合均匀得到混合物料，钛铁矿粉末和活性炭粉末分别占混合物料质量的75％～90％、25％～10％；
(2)在氮气或氩气保护下将混合物料置于微波功率为300～600W的条件下反应5～30分钟并冷却至室温，将所得反应产物过100～200目筛；
(3)按照固液比为1kg：(10～50)L的比例向步骤(2)过筛后的反应产物中加入镧离子浓度为0.001～0.2mol/L的镧盐水溶液形成混合液，在搅拌下向所述混合液中滴加碱液直至混合液的pH值上升至8～11，停止搅拌，老化48～72小时，固液分离，将所得固相水洗至洗出液呈中性，然后将水洗后的固相干燥，即得磁性吸附剂。
2.根据权利要求1所述磁性吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(3)中在20～60℃的条件下进行老化。
3.根据权利要求1或2所述磁性吸附剂的制备方法，其特征在于所述钛铁矿粉末与活性炭粉末为过100～200目筛的粉体。
4.根据权利要求1或2所述磁性吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(1)中采用球磨或者高速粉碎机破碎的方式将钛铁矿粉末与活性炭粉末混合均匀。
5.根据权利要求1或2所述磁性吸附剂的制备方法，其特征在于所述镧盐为氯化镧或硝酸镧。
6.根据权利要求1或2所述磁性吸附剂的制备方法，其特征在于所述碱液的浓度为0.5～1mol/L。
7.根据权利要求6所述磁性吸附剂的制备方法，其特征在于所述碱液为碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液。
8.权利要求1至7中任一权利要求所述方法制备的磁性吸附剂。
9.权利要求8所述磁性吸附剂在废水除磷和除染料中的应用。
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