CN106984272A - 一种用于水处理的磁性活性炭吸附剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水处理的磁性活性炭吸附剂的制备方法，属于水处理吸附剂制备技术领域。该磁性活性炭吸附剂是以活性炭、铁盐和醋酸钠为原料，采用水热/溶剂热法一步制备获得，在高温高压反应体系中，还原性溶剂乙二醇将部分三价铁还原成二价铁，在碱性条件下形成的Fe3O4颗粒在活性炭表面成核和生长，得到磁性活性炭复合材料。本发明制备工艺简单，能耗低、易操作，制备的磁性活性炭吸附剂可以在外加磁场作用下实现快速分离，是一种新型的环境净化材料，能被广泛应用于含有重金属离子和有机污染物的生活污水和工业废水的处理。

Description

一种用于水处理的磁性活性炭吸附剂的制备方法
技术领域
本发明属于水处理吸附剂制备技术领域，具体涉及一种赋予活性炭优良磁学性能的磁性Fe3O4颗粒/活性炭吸附剂的制备方法。
背景技术
吸附法由于操作简单，能耗低而备受青睐。吸附剂为多孔性物质，具有较大的比表面积，其中活性炭是目前最有效的吸附剂之一。活性炭按其尺寸大小可分为粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)两大类，粉末活性炭因其粒径小、比表面积大等特点对目标污染物具有很好的吸附性能，但存在吸附后难以固液分离的缺点。粉末活性炭在我国几乎都是一次性使用的，通常会结合其它工艺(如混凝、活性污泥法)运行以强化处理效果，产生的污泥再生难度大，吸附质成分复杂，未经妥善处理而简易填埋、随意堆放，会对环境造成严重污染。
为了解决粉末活性炭吸附后固液难以分离的问题，已有学者将磁性颗粒负载在粉末活性炭的表面。典型的专利和文献有：
中国专利“一种煤基磁性活性炭的制备方法及其煤基磁性活性炭”(申请号201010525821.9)包括将脱灰煤粉、十二烷基磺酸钠放入氯化铁溶液中，充分混合后静止吸附。向混合液中加入碱液使氯化铁转化为氢氧化铁，过滤、烘干后在氮气保护下加热煅烧即得煤基磁性活性炭。
中国专利“一种磁性污泥基活性炭的制作方法”(申请号201310217675.7)首先将已干燥的剩余污泥经氯化铁和氯化亚铁混合溶液活化剂浸泡活化24h后，滴加氨水，放入105℃干燥箱烘干，通过马弗炉进行炭化、活化，用蒸馏水清洗，研磨，分筛，磁分离可制得磁性污泥基活性炭。
中国专利“生物质基磁性活性炭的制备方法”(申请号201310281826.5)以生物质为原材料制作而成的活性炭，将事先制备好的活性炭与磁流体进行混合而得到。
中国专利“一种可回收活性炭材料的制备方法”(申请号201310335618.9)通过二种或两种以上金属盐的DEG(一缩二乙二醇)溶液、NaOH的DEG溶液和活性炭的DEG分散液制备而成。
中国专利“一种新型磁性活性炭及其制备方法”(申请号201510569406.6)采用化学共沉法，在Fe3+/Fe2+(摩尔比)＝2反应体系中以粉末活性炭为载体，通过投加碱液介质完成反应。
中国专利“磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法、产品及应用”(申请号201610950307.7)将壳聚糖缓慢溶于氯化铁溶液中，再加入粉末活性炭和四氧化三铁粉末，搅拌均匀，磁分离、洗涤、烘干得到磁性粉末活性炭吸附剂。
中国专利“一种可磁分离活性炭材料的制备方法”(申请号201310335712.4)由活性炭颗粒与铁磁性材料通过微乳液及水热法制备而成。
Chemical Engineering Journal,2010,156:243-249。采用化学共沉淀法制备磁性活性炭/铁酸钴复合材料。
Materials Chemistry and Physics,2014,147:915-919。采用化学共沉淀法制备磁性活性炭/铁酸钴复合材料。
上述这些磁性活性炭制备步骤较多、过程繁杂，条件控制要求较高，部分吸附剂制备过程要在惰性气体的保护下进行。另外部分吸附剂饱和磁化强度较弱，固液分离效果不好。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种制备过程简单、无需惰性气体保护、能耗较低的磁性活性炭的制备方法，以期赋予活性炭优良的磁学性能，通过外加磁场既能实现快速的固液分离。
为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明一种用于水处理的磁性活性炭吸附剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将1.0g六水合氯化铁加入到乙二醇中，强烈搅拌溶解后加入活性炭，超声分散30min，得粘稠悬浮液；所述六水合氯化铁和活性炭的质量比为10:3～12；
(2)在步骤(1)得到的粘稠悬浮液中加入3.0g醋酸钠粉末，再强烈搅拌30min；
(3)将由步骤(2)处理得到的悬浮液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，180℃条件下反应12～48h；所述反应釜的装填度≤80％；
(4)反应结束自然冷却后磁分离，用蒸馏水洗涤至中性，再用无水乙醇浸泡洗涤，得到的黑色产物烘干、研磨过筛，即得磁性活性炭吸附剂。
作为一种优化，所述步骤(1)中六水合氯化铁和活性炭的质量比为10:6，所述步骤(3)中反应时间为24h。
本发明科学原理：
本发明采用水热法一步制备出磁性活性炭复合材料。以活性炭、铁盐和醋酸钠为原料，在密闭体系中乙二醇将部分三价铁还原成二价铁，在碱性条件下反应生成磁性Fe3O4在活性炭表面成核和生长，形成了磁性活性炭吸附剂。
式(1)中PAC为粉末活性炭，MPAC表示磁性活性炭。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1)采用水热法(或溶剂热法)。本发明采用水热法(或溶剂热法)一步制备出磁性活性炭复合材料。在高温高压体系中，乙二醇将部分三价铁被还原成二价铁，在醋酸钠提供碱性条件下，反应生成磁性Fe3O4在活性炭表面成核和生长，制备出磁性活性炭复合材料。
2)制备工艺简单，能耗低、易操作。
3)具有优良的磁学性能。本发明制备的磁性活性炭复合材料具有优异的磁学性能，在外部磁场的作用下，能在较短的时间内快速实现固液分离。
4)价格低廉，用途广泛。磁性活性炭吸附剂是一种新型的环境净化材料，能被广泛应用于含有重金属离子、有机污染物的生活污水和工业废水的处理。
附图说明
图1是本例发明实施2中磁性活性炭的X射线衍射(XRD)图(PAC为粉末活性炭，MPAC为磁性活性炭)；
由图1可知，PAC中出现两个宽峰(25°和43°)，表明是PAC是无定型碳。MPAC中出现PAC宽峰和磁铁矿的特征衍射峰(30.2°，35.5°，43.2°，53.4°，57.3°)，表明PAC表面负载磁铁矿颗粒。
图2是本发明实施例2中磁性活性炭的红外光谱(FTIR)图(PAC为粉末活性炭，MPAC为磁性活性炭)；
由图2可知，磁性活性炭不仅出现活性炭的特征吸收峰，还出现磁铁矿的特征吸收峰(578cm-1对应的Fe-O振动峰)。
图3是本发明实施例2中磁性活性炭的磁滞回线图(VSM)；
由图3可知，磁性凹凸棒石具有一定的磁性，能用磁铁进行快速分离。磁分离效果图见图4。
图4是本发明实施例2中磁性活性炭对阳离子艳红溶液的处理和磁分离效果图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
1)将1.0g六水合三氯化铁加入到70mL乙二醇中，剧烈搅拌溶解后加入0.3g活性炭(与六水合三氯化铁的质量比为3:10)，超声分散30min后得粘稠悬浮液；
2)在步骤1)处理得到的粘稠悬浮液中加入3.0g无水醋酸钠固体粉末，继续搅拌30min；
3)将步骤2)处理得到的悬浮液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中(装填度≤80％)，180℃条件下反应24h；
4)自然冷却后磁分离，用蒸馏水洗涤至中性，再用无水乙醇浸泡洗涤，60℃烘干、研磨过筛，即得磁性活性炭复合材料。
实施例2
同实施例1，所不同的是在磁性活性炭吸附剂制备过程中加入活性炭质量为0.6g(与六水合三氯化铁的质量比为6:10)
实施例3
同实施例1，所不同的是在磁性活性炭吸附剂制备过程中加入活性炭质量为0.87g(与六水合三氯化铁的质量比为9:10)；
实施例4
同实施例1，所不同的是在磁性活性炭吸附剂制备过程中加入活性炭质量为1.16g(与六水合三氯化铁的质量比为12:10)；
实施例5
同实施例2，所不同的是反应时间为12h；
实施例6
同实施例2，所不同的是反应时间为48h；
综上所述，实施例1～6中制备的磁性活性炭吸附剂，均能在外加磁场的作用下实现快速分离。
以上所述是本发明的优选实施方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于水处理的磁性活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将1.0g六水合氯化铁加入到乙二醇中，强烈搅拌溶解后加入活性炭，超声分散30min，得粘稠悬浮液；
所述六水合氯化铁和活性炭的质量比为10:3～12；
(2)在步骤(1)得到的粘稠悬浮液中加入3.0g醋酸钠粉末，再强烈搅拌30min；
(3)将由步骤(2)处理得到的悬浮液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，180℃条件下反应12～48h；所述反应釜的装填度≤80％；
(4)反应结束自然冷却后磁分离，用蒸馏水洗涤至中性，再用无水乙醇浸泡洗涤，得到的黑色产物烘干、研磨过筛，即得磁性活性炭吸附剂。
2.如权利要求1所述的用于水处理的磁性活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中六水合氯化铁和活性炭的质量比为10:6，所述步骤(3)中反应时间为24h。
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