CN107213867B - 一种用于吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的制备方法，包括：1)按质量比为1：(2～4)的比例混合无机粘结剂和粉状炭，然后加入水，放入捏合机中搅拌捏合，得到塑化物料；2)将塑化物料挤压成型，然后将成型体在烘箱中烘干，得到炭陶瓷胚体；3)将炭陶瓷胚体在800～1000℃温度下进行烧结，冷却后取出制得。本发明的方法，制备工艺简单、成本低廉，制备的炭陶瓷材料对腐植酸具有较强吸附性能，强度好，耐水性好，易于分离，可循环使用，是一种广阔应用前景的水处理材料。

Description

一种用于吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于成型炭陶瓷的制备技术领域，具体涉及一种粉炭与无机粘结剂成型制备用于吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的制备方法。
背景技术
炭陶瓷是多孔陶瓷，是一种新型的陶瓷材料。多孔陶瓷是一种含有较发达孔隙结构的无机非金属材料。炭陶瓷是通过陶瓷材料和炭材料或含碳物质混合经高温烧结得到的一种具有较高的机械强度和较发达的孔隙结构的材料。它不仅具有活性炭的比表面积高、孔隙结构发达和吸附性能优越等优点，而且还结合了陶瓷材料的机械强度高、耐高温和耐酸碱等特点。炭陶瓷在过滤器、热交换器、催化剂载体、光电器件及传感器等领域具有重要的应用价值，成型炭陶瓷可以使炭陶瓷应用于各种连续化工业操作过程，实现工业化应用提供新的材料。
腐植酸在日常饮用水和废水中会呈现棕黄色，并且使得水体中含有较高的BOD(Biochemical Oxygen Demand)值。因为腐植酸没有生物降解能力，与众多污染物(重金属、农药、杀虫剂)有高亲和力并且持久性长，而对生物体和人体造成不利影响。腐植酸被广泛应用于工业领域，例如：作为乳化剂、色素以及去除锅炉废水中的磷等。环境中过量的腐植酸都是由于这些行业对腐植酸的广泛使用而导致的。加之，对于我国生活用水而言，一般的消毒方式主要用氯消除为主，在用氯对水进行消毒处理时，水中的腐植酸会和氯反应产生三卤甲烷等有害物质，严重损害人体健康。因此，对水体中腐植酸的去除具有很大的意义。
已有很多专利公开了对腐植酸有吸附性能的改性材料，专利(申请号：201110193973.8)公布了一种利用表面活性剂改性的凹凸棒土去除水中腐殖酸的方法。改性后的凹凸棒土被研磨成粉体后对腐植酸的吸附量为157.44mg/g，但其所采用的表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵对水体中的鱼类生物是剧毒，且对眼睛有刺激性、具有腐蚀性。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明是为了提供一种强度高、方便再生的用于吸附废水中腐殖酸用的成型炭陶瓷的制备方法。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量比为1：(2～4)的比例混合无机粘结剂和粉状炭，然后加入水，放入捏合机中搅拌捏合，得到塑化物料；
2)将塑化物料挤压成型，然后将成型体在烘箱中烘干，得到炭陶瓷胚体；
3)将炭陶瓷胚体在800～1000℃温度下进行烧结，冷却后取出制得。
步骤1)中，所述的粉状炭的粒度大于80目，即小于178μm。
步骤1)中，所述的粉状炭包括破碎、研磨的木炭，竹炭，秸秆炭，煤炭，以及活性炭和使用后的废弃活性炭。
步骤1)中，所述的无机粘结剂包括凹凸棒土、膨润土、海泡石和白土。
步骤1)中，所述的无机粘结剂的粒度大于120目，即小于105μm。
步骤1)中，粉状炭与无机粘结剂的质量比是3～4：1。
步骤3)中，烧结温度在800～900℃。
步骤3)中，烧结2～2.5h。
有效效果：与现有技术相比，本发明具有的优点有：所制备的炭陶瓷，不仅具有良好的成型效果，而且强度高，均在95％以上，比表面积高，孔隙结构发达，比表面积高达607m2/g、总孔容达0.7195cm3/g；对腐植酸的吸附性能好，其吸附量达到193.3mg/g显著高于比表面积大于700m2/g的商业成型活性炭的腐殖酸吸附量。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
为了更好地了解下面的实施例，且考虑到活性炭是目前常用的去除废水中腐殖酸的主要吸附剂，本实施例选择三种商业生产的两种煤质柱状活性炭作为对比，分别采用活性炭的国家标准GB/T12496.8—1999，GB/T12496.10—1999和GB/T12496.6—1999所规定的方法测试了活性炭的碘吸附值、亚甲基蓝吸附值和强度；采用Autosorb－iQ2型比表面积分析仪(美国Quan-tachrome公司)测定活性炭的氮气吸附等温线。运用氮气吸附等温线法分析了材料的BET比表面积和比孔容积。
实施例1
将已粉碎过筛至120目以上的凹凸棒土与粉碎至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合2h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后，以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例2
将已粉碎过筛至120目的凹凸棒土与粉碎至200目以上的木炭按照1：3的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合1h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例3
将已粉碎过筛至200目以上的凹凸棒土与粉碎至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：2的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合1h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥后取出，然后以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例4
将已粉碎过筛至120目以上的膨润土至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合2h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后，以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例5
将已粉碎过筛至120目以上的海泡石与粉碎至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合2h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后，以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例6
将已粉碎过筛至120目以上的白土与粉碎至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合2h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后，以5℃/min的升温速率加热到800℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例7
将已粉碎过筛至120目以上的凹凸棒土至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合2h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后，以5℃/min的升温速率加热到850℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例8
将已粉碎过筛至120目以上的凹凸棒土至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合2h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后，以5℃/min的升温速率加热到900℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例9
将已粉碎过筛至200目的凹凸棒土与粉碎至200目以上的废弃粉状活性炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合2h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，将其冷却到室温后以5℃/min的升温速率加热到1000℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。实施例10
将已粉碎过筛至200目以上的膨润土与粉碎至200目以上的木炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合1h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥后取出，然后以5℃/min的升温速率加热到850℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。
实施例11
将已粉碎过筛至200目以上的膨润土与粉碎至200目以上的木炭按照1：4的质量比混合，然后加入水，将其放入捏合机中进行充分混合捏合1h，将上述混合物倒入模具中，进行挤压成型，把挤压好的柱状炭陶瓷胚体放入110℃的烘箱中干燥后取出，然后以5℃/min的升温速率加热到900℃，保温2h，待其降到室温后取出即可得到柱状炭陶瓷。其性能如表1所示。上述炭陶瓷的强度、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值、比表面积与比孔容积的分析方法与选择作为对比的活性炭的分析方法相同。腐殖酸的吸附量为饱和吸附量。
表1实施例所制备的炭陶瓷与对比活性炭的强度、孔隙结构与吸附性能
Figure BDA0001333764090000051
Figure BDA0001333764090000061
从表1的实施例结果可以看出，不管采用粉状活性炭还是木炭为原料，不管是使用何种粘结剂，都能制备对腐殖酸具有一定吸附能力的炭陶瓷，而且其腐殖酸的吸附性能都超过商业生产的煤质柱状活性炭，尽管商业煤质活性炭的比表面积比本发明所制备的炭陶瓷要高。但本发明制备的炭陶瓷的比孔容积明显高于商业煤质活性炭，这是本发明制备的炭陶瓷具有较大的腐殖酸吸附量的主要原因之一。
比较实施例1，2和3，可以看出，随着无机粘结剂与粉状炭的比例减少，即无机粘结剂用量的增大，制备的成型炭陶瓷的得率、强度、孔隙结构与吸附性能都有较明显的变化。其中最为显著的是炭陶瓷对腐殖酸的吸附能力；当凹凸棒土的用量较大时，炭陶瓷的强度明显降低。
比较实施例1、4、5和6，可以看出，无机粘结剂的种类对于所制备的炭陶瓷的强度、孔隙结构与吸附性能有较明显影响。影响的具体结果与无机粘结剂的结构与性能有关，无机粘结剂的孔隙结构与制备的炭陶瓷的吸附性能与强度有关。
比较实施例2、7、8和9，可以看出，烧结温度是影响炭陶瓷的强度与吸附性能的重要因素。随着烧结温度的升高，除得率较明显降低外，过高的煅烧温度不利于提高炭陶瓷的吸附能力。

Claims (3)

1.一种成型炭陶瓷在吸附腐殖酸中的应用，其特征在于，成型炭陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量比为1：(2～4)的比例混合无机粘结剂和粉状炭，然后加入水，放入捏合机中搅拌捏合，得到塑化物料；所述的无机粘结剂为凹凸棒土、膨润土、海泡石或白土；所述的粉状炭的粒度大于80目；所述的粉状炭为破碎、研磨的木炭或活性炭；所述的无机粘结剂的粒度大于120目；
2)将塑化物料挤压成型，然后将成型体在烘箱中烘干，得到炭陶瓷胚体；
3)将炭陶瓷胚体在800～1000℃温度下进行烧结，冷却后取出制得；
制备的成型炭陶瓷能够用于吸附废水中的腐殖酸。
2.根据权利要求1所述的成型炭陶瓷在吸附腐殖酸中的应用，其特征在于：步骤1)中，粉状炭与无机粘结剂的质量比是(3～4)：1。
3.根据权利要求1所述的成型炭陶瓷在吸附腐殖酸中的应用，其特征在于：步骤3)中，烧结温度在800～900℃。
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