CN110918059A - 一种多孔炭陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无机材料及废水处理技术领域，具体涉及一种多孔炭陶瓷及其制备方法和应用。所述的多孔炭陶瓷，以废弃粉状活性炭作为原料，以凹凸棒土作为凝结剂，将废弃粉状活性炭和凹凸棒土经过混合捏合、挤压成型、烘干烧结，得到一种新型的多孔炭陶瓷。炭陶瓷具有耐高温、耐酸碱等优点，在吸附领域具有应用前景，从而有效的吸附水中的腐殖酸。

Description

一种多孔炭陶瓷及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及无机材料及废水处理技术领域，具体涉及一种多孔炭陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
活性炭具有发达的孔隙结构和强大的吸附能力，是分离、精制和回收气相和液相复杂物质不可缺少的吸附剂，广泛应用于环境保护、医药、食品、化工、电子等领域。在活性炭应用过程中，所产生的大量废弃活性炭易造成二次污染，废弃活性炭处理受到广泛关注。在废弃活性炭的处理方法中，大部分颗粒活性炭可以采用再生方法实现废弃颗粒活性炭再利用，粉状活性炭在使用后则主要通过填埋或焚烧方式进行处理，不仅造成资源浪费，而且也易带来环境问题。
发明内容
本发明是为了解决废弃活性炭造成的污染，从而制出一种炭陶瓷，实现固体废弃物的资源化。炭陶瓷是含有较发达孔隙结构和较高机械强度的无机非金属材料，是一种新型的多孔陶瓷材料，通过无机陶瓷和炭材料或含炭物质经高温烧结制得。炭陶瓷具有耐高温、耐酸碱等优点，在吸附领域具有应用前景，从而有效的吸附水中的腐殖酸。
为实现本发明目的所采用的技术方案为：一种多孔炭陶瓷，以废弃粉状活性炭作为原料，以凹凸棒土作为凝结剂，将废弃粉状活性炭和凹凸棒土经过混合捏合、挤压成型、烘干烧结，得到一种新型的多孔炭陶瓷。
上述一种多孔炭陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
1)废弃粉状活性炭预处理：将废弃粉状活性炭经过粉碎机，将其进行破碎，随后放在烘箱中进行烘干：
2)凹凸棒土预处理：对凹凸棒土进行烘干操作；
3)多孔炭陶瓷的制备：将干燥的废弃粉状活性炭和凹凸棒土进行混合捏合、挤压成型、烘干烧结，从而制得一种新型的多孔炭陶瓷。
上述的制备方法，步骤1)中废弃粉状活性炭破碎后其大小小于0.12mm。
上述的制备方法，步骤1)中，所述的烘干温度为150-300℃，烘干时间为10-30min。
上述的制备方法，步骤2)中，所述的烘干温度为150-300℃，烘干时间为10-30min。
上述的制备方法，按质量比，废弃粉状活性炭：凹凸棒土＝1:0.1-1。
上述的制备方法，步骤3)将废弃粉状活性炭与凹凸棒土混合均匀后的混合物经过捏合机进行捏合，随后利用液压设备进行压缩成型。
上述的制备方法，步骤3)中所述的烘干烧结是在马弗炉中进行烘干。
上述的制备方法，步骤3)烘干的温度为100-110℃，烘干时间为10-20min；烧结的温度为700-900℃，烧结时间为1-3h。
上述的一种多孔炭陶瓷在吸附废水中腐殖酸中的应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所利用的原材料为废弃粉状活性炭，实现废弃物的资源化利用；
(2)本发明所制得的炭陶瓷中孔较大，对腐殖酸的吸附效果更好。
附图说明
图1是不同粘结剂用量下制备的多孔炭陶瓷对水中的腐殖酸吸附效果。
图2是不同烧结温度下制备的多孔炭陶瓷对水中的腐殖酸吸附效果。
图3是不同烧结时间下制备的多孔炭陶瓷对水中的腐殖酸吸附效果。
具体实施方式
下面通过实例对本发明做进一步详细说明。
实施例1多孔碳陶瓷的制备
1)废弃粉状活性炭预处理：将废弃粉状活性炭经过粉碎机进行破碎，选取粒径小于0.12mm的活性炭粉在200℃下烘干15min。
2)凹凸棒土预处理：将凹凸棒土在200℃下烘干15min。
3)多孔炭陶瓷的制备：按质量比，m活性炭：m凹凸棒＝1:0.25取废弃粉状活性炭粉和凹凸棒土混合均匀后经过捏合机进行捏合，随后经过液压设备进行压缩成型，形成炭陶瓷柱状胚体；炭陶瓷胚体在马弗炉中进行烘干，烘干温度为105℃，烘干时间为10min；在马弗炉中进行烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为1.5h，从而得到柱状多孔炭陶瓷。
实施例2多孔碳陶瓷在吸附废水中腐殖酸中的应用
首先将腐殖酸配制成0.5mol/L浓度的溶液，然后移取溶液100mL到带磨口塞的碘量瓶中，并采用浓度为0.1mol/L的HCl和NaOH调节溶液pH至7，放入0.1g实施例1制备的干燥的柱状多孔炭陶瓷(1-2cm)于碘量瓶中，在50℃水浴恒温振荡床内振荡20min后取出。取上层溶液于50mL比色管中，测定其在波长264nm处测吸光度值。根据腐殖酸溶液的标准曲线计算腐殖酸的浓度，然后计算炭陶瓷的腐殖酸吸附量。
计算公式如下：
qe＝(C0-Ce)V/M
其中：qe平衡吸附量，mg/g；C0、Ce分别为吸附起始质量浓度和平衡质量浓度，mg/L；V为溶液体积，L；M为吸附剂用量，g。
根据上述公式计算得出腐殖酸的吸附量为193.3mg/g。
实施例3多孔炭陶瓷在制备过程中粘结剂用量的确定
多孔炭陶瓷的制备条件：将凹凸棒土和废弃粉状活性炭的质量比分别设置为0.1：1、0.25：1、0.5：1、0.75：1、1：1，其余步骤同实施例1，制得出粘结剂不同的多孔炭陶瓷。
将腐殖酸配制成0.5mol/L浓度的溶液，然后移取溶液100mL到带磨口塞的碘量瓶中，并采用浓度为0.1mol/L的HCl和NaOH调节溶液pH至7，分别放入不同粘结剂用量的0.1g干燥的柱状炭陶瓷(1-2cm)于碘量瓶中，在50℃水浴恒温振荡床内振荡20min后取出。取上层溶液于50mL比色管中，测定其在波长264nm处测吸光度值。
结果如图1所示，当废弃粉状活性炭和凹凸棒土的质量比为0.25：1时，腐殖酸的吸附效果最好。这主要是因为凝结剂凹凸棒土的添加，会使得废弃粉状活性炭进行改性，即拥有中孔孔隙结构，从而使得其对分子较大的腐殖酸的吸附量变大，然而当凝结剂的用量达到一定程度时，炭陶瓷的比表面积和比孔容积会达到饱和，再增加其用量，比表面积和比孔容积就会减小，就会使得多孔炭陶瓷对腐殖酸的吸附能力有所降低。
实施例3多孔炭陶瓷在制备过程中烧结温度的确定
多孔炭陶瓷的制备条件：将凹凸棒土和废弃粉状活性炭的质量比设定为0.25：1，分别设定不同的烧结温度，即600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃，其余步骤同实施例1。
将腐殖酸配制成0.5mol/L浓度的溶液，然后移取溶液100mL到带磨口塞的碘量瓶中，并采用浓度为0.1mol/L的HCl和NaOH调节溶液pH至7，分别放入不同烧结温度的0.1g干燥的柱状炭陶瓷(1-2cm)于碘量瓶中，在50℃水浴恒温振荡床内振荡20min后取出。取上层溶液于50mL比色管中，测定其在波长264nm处测吸光度值。
结果如图2所示，当多孔陶瓷的烧结温度为800℃时，腐殖酸的吸附效果最好。因此本发明优选，多孔炭陶瓷的烧结温度为800℃。这主要是因为700℃提高到1 000℃的过程中，炭陶瓷的比表面积、比孔容积及吸附能力发生较显著的变化，在800℃条件下制备的炭陶瓷腐殖酸吸附能力达到最大，较高的烧结温度不利于孔隙结构的发展，从而降低了炭陶瓷的吸附能力。
实施例4多孔炭陶瓷在制备过程中烧结时间的确定
多孔炭陶瓷的制备条件：将凹凸棒土和废弃粉状活性炭的质量比设定为0.25：1，烧结温度设定为800℃，将其烧结时间分别定为0.25h、0.5h、1h、2h、3h。其余步骤同实施例1。
将腐殖酸配制成0.5mol/L浓度的溶液，然后移取溶液100mL到带磨口塞的碘量瓶中，并采用浓度为0.1mol/L的HCl和NaOH调节溶液pH至7，分别放入不同烧结时间的0.1g干燥的柱状炭陶瓷(1-2cm)于碘量瓶中，在50℃水浴恒温振荡床内振荡20min后取出。取上层溶液于50mL比色管中，测定其在波长264nm处测吸光度值。
结果如图3所示，当多孔陶瓷的烧结时间为1h时，腐殖酸的吸附效果最好。因此本发明优选，多孔炭陶瓷的烧结时间为1h。这主要是因为达到一定程度，再将烧结时间的增加，炭陶瓷的比表面积会减小，比孔容积也会相应的减少，从而使得多孔陶瓷的吸附能力有所下降。

Claims (10)

1.一种多孔炭陶瓷，其特征在于，以废弃粉状活性炭作为原料，以凹凸棒土作为凝结剂，将废弃粉状活性炭和凹凸棒土经过混合捏合、挤压成型、烘干烧结，得到一种新型的多孔炭陶瓷。
2.一种如权利要求1所述一种多孔炭陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)废弃粉状活性炭预处理：将废弃粉状活性炭经过粉碎机，将其进行破碎，随后放在烘箱中进行烘干：
2)凹凸棒土预处理：对凹凸棒土进行烘干操作；
3)多孔炭陶瓷的制备：将干燥的废弃粉状活性炭和凹凸棒土进行混合捏合、挤压成型、烘干烧结，从而制得一种新型的多孔炭陶瓷。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中废弃粉状活性炭破碎后其大小小于0.12mm。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的烘干温度为150-300℃，烘干时间为10-30min。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的烘干温度为150-300℃，烘干时间为10-30min。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按质量比，废弃粉状活性炭：凹凸棒土＝1:0.1-1。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)将废弃粉状活性炭与凹凸棒土混合均匀后的混合物经过捏合机进行捏合，随后利用液压设备进行压缩成型。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的烘干烧结是在马弗炉中进行烘干。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤3)烘干的温度为100-110℃，烘干时间为10-20min；烧结的温度为700-900℃，烧结时间为1-3h。
10.如权利要求1所述的一种多孔炭陶瓷在吸附废水中腐殖酸中的应用。
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