CN106943998A - 一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法，主要步骤包括：将锰锌铁氧体置于容器中，加入十二烷基硫酸钠和水，再加入NaOH溶液；在水浴锅中反应之后调节pH；收集固体颗粒，其余液弃之，水洗固体颗粒；加入三聚磷酸钠和水，在水浴锅中机械搅拌，静置，制得磁化剂溶液；将活性炭置于氯化钙溶液中在室温下搅拌；调节pH并在干燥箱里烘干；采用磁化剂对活性炭磁化后；干燥并水洗烘干后制得磁性活性炭。本发明的磁性活性炭通过吸附降低废水中亚甲基蓝的浓度，使水体净化能力显著提高；磁性活性炭吸附亚甲基蓝后，固体和液体能快速、高效的分离，回收利用方面效率更高。

Description

一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及活性炭制备技术领域，尤其涉及一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法。
背景技术
吸附技术是去除水中污染物最为简单和高效的方法之一，吸附材料是吸附技术的关键和核心，如何针对环境问题制备出高效的吸附剂一直是国内外研究的热点。目前，就环境吸附材料的研究而言，有如下问题值得关注：
(1)吸附剂的成本：在实际应用中，只有性价比高、制备方法简单的吸附剂才能得到广泛应用。
(2)使用后的吸附剂固液分离性能：使用后的吸附剂固液分离较难，若使用后的吸附剂能快速地从水体中分离出来，能极大地提高吸附剂再生效率，有利于吸附剂的再生、降低生产成本。
(3)吸附剂的再生：对吸附剂进行再生处理，恢复其吸附功能，可重新使用；吸附剂如不重复使用，既浪费资源又污染环境。
(4)被吸附的污染物的降解：吸附是污染物的相转移，从吸附剂上脱附的污染物如果不能得到有效地处理，可能污染环境，成为二次污染源，开发具有吸附和降解功能的吸附材料是研究者努力的方向。
综上所述，开发廉价高效、易于固液分离、具有吸附–降解功能的吸附剂将是环境吸附材料研究的一个重要方向之一。
活性炭有着显著的吸附性能和高效的脱色效率。因为其孔容大、内部空隙结构发达、比表面积大和吸附能力强，所以被广泛应用到医药、染料、食品、冶金及环保等领域。但是，活性炭在处理工业废水的实际应用中仍然存在诸多问题，比如，活性炭吸附后的分离问题。一般工业处理采用的分离方法是过滤法，但是在过滤的过程中容易引起筛网堵塞或活性炭的流失。相较于传统的过滤法，磁性分离技术具有分离效率高、简便、分离体系简单等优点，且这种技术在我国废水处理方面取得了相当好的成果，有的研究方法已经运用到处理工业废水。但是对于活性炭来说，其本身的磁性非常小，如果要达到磁性分离的效果，需要将磁性介质引入活性炭，在处理废水后才能进行有效的分离。因此，磁性活性炭的制备和研究已成为各国研究关注的焦点。磁性活性炭的再生和污染物的二次污染问题也是在开发新的磁性活性炭中值得关注的问题。
调研文献发现，现有的磁性活性炭的磁核大多采用Fe3O4磁性纳米颗粒，但由于Fe3O4中的Fe2+处于亚稳态，很容易再失去一个电子成为Fe3+达到最稳定的氧化态，从而导致磁性能降低；为了改善抗氧化性能，可以通过锰、锌部分替代Fe2+，即采用纳米锰锌铁氧体(分子式为Mn1-xZnxFe2O4)为磁核制备磁性活性炭。具有尖晶石型结构的纳米锰锌铁氧体(分子式Mn1-xZnxFe2O4)具有良好的磁分离性、优异的亲和能力和较好的吸附性能，是非常重要的一类磁性介质。
前期实验室研究中，利用废弃的碱性电池制备得到尖晶石型纳米锰锌铁氧体(Mn0.6Zn0.4Fe2O4，Fe-MNps)，该物质具有较高的饱和磁化强度，即通常所说的磁性强，本研究采用该磁性纳米锰锌铁氧体颗粒Fe-MNps作为磁核，采用浸渍法制备了以Fe-MNPs为磁核的磁性活性炭(Fe-MAC)。难降解大分子偶氮染料废水是水处理的重点与难点，选用难降解大分子偶氮染料亚甲基蓝(methyleneblue，简写为MB)为探针分子，并将Fe-MAC用于亚甲基蓝废水的脱色。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法。
一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
A、磁化剂(M)的制备：将锰锌铁氧体置于容器中，向其中加入十二烷基硫酸钠(SA1)和水，再加入NaOH溶液；将上述混合物置于90-95℃的水浴锅中机械搅拌80-100min；反应之后用盐酸调节pH至7.0；然后以磁铁收集固体颗粒，其余液弃之，用热水水洗收集的固体颗粒；最后分别向其中加入三聚磷酸钠(SA2)和水，在90-95℃的水浴锅中机械搅拌80-100min，静置，制得磁化剂溶液；
B、预处理活性炭(AC)：将市售活性炭置于0.02mol/L氯化钙溶液中在室温下搅拌1-3h；调节pH至2.0，在60℃干燥箱里烘干；
C、合成磁性活性炭(MAC)：称取预处理活性炭置于表面皿上，用胶头滴管吸取磁化剂，一边往表面皿上滴，一边用细铁丝搅拌，直至拌至打湿状态；将此混合物于室温下放置1-3h；最后将混合物在60℃的干燥箱里干燥1-3h，水洗烘干后制得目标产物磁性活性炭。
优选的，所述的步骤C中，所述的磁化剂为步骤A中磁化剂溶液的中间层的悬浮液体。
本发明的有益之处在于：
1、利用磁性活性炭处理印染工业废水中难生物降解的偶氮染料亚甲基蓝，通过吸附降低废水中亚甲基蓝的浓度，使水体净化能力显著提高。
2、磁性活性炭吸附亚甲基蓝后，固体和液体能快速、高效的分离，回收利用方面效率更高；
3、吸附剂将染料废水中的亚甲基蓝吸附后，可用市售过氧化氢进行降解。通过吸附使得水体中的MB得以富集浓缩，由于磁核为具有催化功能的磁性锰锌铁氧体，能催化过氧化氢产生羟基自由基，能够在再生过程同时实现对MB的降解，既实现磁性活性炭的再生，也避免了污染物亚甲基蓝MB的二次污染；再生循环过程，除可实现磁性活性炭的再生，还具有对磁性活性炭改性的作用。该磁性活性炭Fe-MAC易再生，多次再生-吸附循环后，仍然具有较高的吸附量，有利于磁性吸附剂的循环利用，节约了生产成本。
4、该磁性活性炭Fe-MAC制备方法简单，原料简单易得，采用本方法，可大大提高市售活性炭的固液分离性能，同时又为其赋予了新的催化功能，是一款新型的具有吸附-降解功能的磁性活性炭。
附图说明
图1：磁性活性炭循环吸附亚甲基蓝的性能图。
具体实施方式
实施例1：
一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法，包括以下步骤：
A、磁化剂(M)的制备：将2.7g锰锌铁氧体置于三口烧瓶中，向其中加入0.6g十二烷基硫酸钠(SA1)和20ml水，再加入5滴5mol/LNaOH溶液；将上述混合物置于92℃的水浴锅中机械搅拌90min；反应之后用1mol/L的盐酸调节pH至7.0；然后以磁铁收集固体颗粒，其余液弃之，用热水水洗收集的固体颗粒；最后分别向其中加入1g三聚磷酸钠(SA2)和10ml水，在92℃的水浴锅中机械搅拌90min，静置，制得磁化剂溶液；
B、预处理活性炭(AC)：将市售活性炭置于0.02mol/L氯化钙溶液中在室温下搅拌2h；调节pH至2.0，在60℃干燥箱里烘干；
C、合成磁性活性炭(MAC)：称取1g活性炭置于表面皿上，用胶头滴管吸取磁化剂((1)中间层的悬浮液体)，一边往表面皿上滴，一边用细铁丝搅拌，直至拌至打湿状态；将此混合物于室温下放置2h；最后将混合物在60℃的干燥箱里干燥2h，水洗烘干后制得目标产物磁性活性炭。
吸附脱色实验
在250mL锥形瓶中加入50mL一定浓度的亚甲基蓝溶液，置于恒温振荡器中预热。然后向锥形瓶中加入一定量的磁性活性炭，控制温度、转速，在振荡器中进行吸附，一段时间后取出。将锥形瓶放置在圆盘磁铁上进行固液分离，取上层清液采用紫外可见分光光度计分析其吸光度，并计算吸附量和脱色率。
Fe-MAC的再生与循环利用
吸取10mL、30％的H2O2加入吸附亚甲基蓝后的磁性活性炭中，在303K、200r·min-1条件下再生60min，倒掉上清液，加入50mL，100mg·L-1的亚甲基蓝溶液，同等条件下吸附120min，去上清液相分析吸光度并计算吸附量，如此循环6次，得到如图1。
从图1中可以看出，每次循环吸附量均有所增加。可能原因是，一是磁性活性炭上被吸附的亚甲基蓝被过氧化氢降解较彻底，二是过氧化氢作为氧化剂，经过其再生的磁性活性炭表面含氧官能团(如羧基、酚羟基等)增加，吸附活性位点增加，甚至有可能改变磁性活性炭的孔隙结构，有待进一步采用BET进行验证；同时随着磁性活性炭表面酸性增强，可提高其结合MB的能力[24]。
本研究所使用的磁性活性炭既可以解决使用后活性炭回收难题的关键，同时还能降解吸附的偶氮染料MB，有利于提高偶氮染料废水的可生化性。该部分的研究有待进一步进行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、磁化剂的制备：将锰锌铁氧体置于容器中，向其中加入十二烷基硫酸钠和水，再加入NaOH溶液；将上述混合物置于90-95℃的水浴锅中机械搅拌80-100min；反应之后用盐酸调节pH至7.0；然后以磁铁收集固体颗粒，其余液弃之，用热水水洗收集的固体颗粒；最后分别向其中加入三聚磷酸钠和水，在90-95℃的水浴锅中机械搅拌80-100min，静置，制得磁化剂溶液；
B、预处理活性炭：将市售活性炭置于0.02mol/L氯化钙溶液中在室温下搅拌1-3h；调节pH至2.0，在60℃干燥箱里烘干；
C、合成磁性活性炭：称取预处理活性炭置于表面皿上，用胶头滴管吸取磁化剂，一边往表面皿上滴，一边用细铁丝搅拌，直至拌至打湿状态；将此混合物于室温下放置1-3h；最后将混合物在60℃的干燥箱里干燥1-3h，水洗烘干后制得目标产物磁性活性炭。
2.如权利要求1所述的用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，所述的步骤C中，所述的磁化剂为步骤A中磁化剂溶液的中间层的悬浮液体。
3.如权利要求1所述的用于去除水中亚甲基蓝的磁性活性炭的制备方法，所述的步骤A中，两次水浴锅的温度均为90℃。
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