CN111298764A - 一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法 - Google Patents

一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111298764A
CN111298764A CN202010164842.6A CN202010164842A CN111298764A CN 111298764 A CN111298764 A CN 111298764A CN 202010164842 A CN202010164842 A CN 202010164842A CN 111298764 A CN111298764 A CN 111298764A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coal gangue
magnetic
adsorbent
magnetic adsorbent
ferric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202010164842.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李建军
宋林林
张占群
宋瀚轩
戎鑫
刘银
练伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University of Science and Technology
Original Assignee
Anhui University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University of Science and Technology filed Critical Anhui University of Science and Technology
Priority to CN202010164842.6A priority Critical patent/CN111298764A/zh
Publication of CN111298764A publication Critical patent/CN111298764A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B01J20/08—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28009—Magnetic properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法，属于资源循环与环保领域，其特征在于：将干基挥发分5‑20％的煤矸石破碎筛分至160‑300目。以无机铁盐作为催化剂和磁化剂，按照质量比10:1至2:1的比例与煤矸石混合均匀。将混合料烘干后，直接在空气气氛下400‑650℃加热活化2‑4小时。所得烧制产物经研磨筛分获得‑325目(粒径<45μm)颗粒，利用磁分离技术提取强磁性颗粒。将强磁性颗粒用去离子水洗至中性，在100‑120℃下充分干燥，即得磁性吸附剂。本发明利用含铁化合物催化、负载直接制得具有磁性的活性吸附剂，避免了各种催化剂、磁化剂和添加剂反复添加使用带来的环境问题。制得的磁性吸附剂不但对染料、磷等污染物吸附效率高，而且具有良好的磁分离性能，再生效果好。

Description

一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法
技术领域
本发明公开了一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法，属于资源循环与环保领域，具体是将煤矸石通过铁盐的催化、磁负载制备具有磁性的吸附材料。
背景技术
煤矸石是在煤炭开采和洗选过程中产生的副产品，是我国大量排放的固体废弃物之一，累计堆积量已达40多亿吨。巨量的煤矸石不但占用了大量土地，而且也污染了环境。煤矸石的结构主体是硅铝氧化物，依据煤田地质条件和开采加工方法不同，还含有Ca、Fe、Mg等氧化物成分。吸附剂开发是煤矸石资源化的重要方向。但未经改性的煤矸石质地精密，比表面积小，吸附能力弱。目前，煤矸石改性的方法主要可包括物理改性和化学改性。常见物理改性中的煅烧可以使比表面积增大，比重减少，使得硅和铝内部键断裂。化学改性采用酸、碱、蒸汽等活化剂处理煅烧后的煤矸石使用酸处理将更容易使煤矸石中的部分可溶性离子溶出，从而使其内部和表面形成更多孔隙，比表面积增加；碱处理除了溶出部分金属氧化物外，还可与煤矸石中已经存在的硅铝酸盐发生反应，合成具有吸附能力的沸石；蒸汽处理的作用是使煤矸石闭塞的空穴打开，并在活性点发生反应形成新的空穴，从而增加吸附效果。典型煤矸石吸附剂制备技术已申请了多项专利。如太原科技大学，申请号：CN201310307254.3名称：一种可脱除废水中汞的煤矸石基复合吸附剂的制备方法。此发明用煤矸石物化方法制备吸附剂，虽然吸附效果很好，但这种方法工艺复杂，吸附种类有局限性。山东科技大学，申请号：CN201310077351.8名称：用于脱除燃煤烟气中单质汞的活性炭/沸石型体复合材料及其制备方法。虽然达到废弃物的应用，但合成周期长，工序复杂，吸附范围窄。
磁性吸附剂可利用磁分离技术实现吸附剂的高效分离，因此具有回收效率高、便于重复利用的优点。目前我国现有的磁性吸附剂多以纳米材料作为磁核，成本高，制备工艺复杂，化学药剂消耗量高，环境影响大的不足。
发明内容
本发明针对煤矸石基吸附剂及磁性吸附剂的不足，依据煤矸石物化性能，通过铁盐催化剂和磁化及制备煤矸石磁性吸附剂。本发明针对煤矸石基吸附剂及磁性吸附剂的不足，依据煤矸石物化性能，通过煅烧的方法实现铁盐对煤矸石的催化煅烧和磁负载，制备集强吸附性和强磁性于一体的磁性吸附剂。铁盐的催化作用使得煤矸石在较低温度下亦可实现活化反应，不但通过氧化反应消耗有机碳挥发分，而且使得无机分子解离在颗粒中形成多级化孔洞，不但增大了比表面积、而且使得矸石比重减少。在热活化条件下，Si和Al氧化物内部化学键断裂、重组，与Fe离心形成活性官能团。高的比表面积和高密度的活性化学集团使得煅烧制品具有较强的吸附性能。同时，由于部分Fe离子经过氧化还原反应形成了强磁性铁化合物。因此本发明制备的磁性吸附剂不但对多种染料及含磷离子具有较好吸附性能，而且磁性强。本发明通过简单的预处理获得粒径合适的煤矸石颗粒，有助于煤矸石与可溶性铁盐分子的充分混合。本发明既省去了原料的化学处理和混捏成型，又不用反复添加催化剂、活性剂、磁化剂等，不仅简化了工艺降低了制备成本，简化了煤矸石吸附剂的制备工艺。
本发明一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法，包括矸石的预处理、煤矸石与铁盐混合、煅烧活化、样品后处理等单元过程，具体如下：
步骤1、选取干基挥发分5-20％的煤矸石为原料，经破碎粉磨后筛分获得160-300目(48-96μm)的原料煤矸石。
步骤2、将铁盐溶于水充分搅拌溶解，按照不同质量比将煤矸石与铁盐混合。
步骤3、将混合后的原料烘干后，放入电炉中在空气气氛下400-650℃活化反应2-4小时。
步骤4、待烧制产物冷却后，经研磨筛分获得-325目(粒径<45μm)颗粒，利用磁分离技术提取强磁性颗粒。
步骤5、收集后的强磁性颗粒，用去离子水洗至中性。在100-120℃下充分干燥，即得磁性吸附剂。
本发明的有益效果在于：
1)本发明与现有技术相比，预处理不需要脱灰处理和化学药剂处理等复杂操作，工艺简洁、成本低，且不会造成化学药剂染。
2)本方法将预处理后的煤矸石颗粒与铁盐均匀混合后直接在电阻炉中进行热处理，大大减化了制备工艺。在热处理过程中不但完成了煤矸石活化反应，而且实现了铁磁性物质的负载。与现有技术相比，不需要反复采用磁化剂浸渍煤矸石，也不需要另加催化剂及其它活化剂，减少了化学试剂消耗和环境污染，节约生产成本。
3)本发明制得的磁性吸附剂对包括亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙等多种有机染料分子及含磷离子具有较强的吸附能力，抗干扰能力强。
4)本发明制得的磁性吸附剂具有多级孔结构，比表面积高达132.27m2/g.
5)本发明制得的磁性吸附剂比磁化强度达4.0emu/g以上，可通过磁分离技术实现高效固液分离。
附图说明
图1实例1和实例2制备的磁性吸附剂的振动样品磁强计(VSM)磁滞回线。
图2实例2制备的磁性吸附剂对亚甲基蓝的吸附曲线，25分钟即可达到饱和吸附，比饱和吸附量达到120.27mg/g。
图3实例1制备的磁性吸附剂的N2吸附-脱附等温线，由图可知其比表面积高达132.27m2/g。
图4在pH＝3条件下，原煤矸石颗粒及实例2制备的磁性吸附剂对P离子的吸附曲线，磁性吸附剂对P的饱和吸附量可达11.21mg/g。
图5是实例1与实例2的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方案
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
采用安徽两淮地区煤矸石作为磁性吸附剂制备的原料，煤矸石干基挥发分7.91％；矿物组成(质量分数)：SiO2为61.14％，Al2O3为27.47％，其他成分11.39％。
磁性吸附剂制备过程：
(1)煤矸石预处理：将煤矸石经颚式破碎机粗碎和球磨机细碎获得煤矸石细颗粒，采用振动套筛筛获得粒径在200-300目之间的煤矸石颗粒。
(2)将预处理得到的煤矸石颗粒按照煤矸石与九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)质量比为5:2充分混合，加水搅拌10分钟后置于120℃的鼓风干燥箱中干燥8小时获得混合料。
(3)将混料至于密闭的电阻炉中，加热升温至500℃，保温2小时；随炉冷却的烧制样品经研磨筛分至-325目粒度，利用永磁铁收集强磁性颗粒。
(4)将强磁性颗粒用去离子水洗至中性，置于鼓风干燥箱中在120℃下干燥6小时，最终获得磁性吸附剂。
实施例2：
采用安徽两淮地区煤矸石作为磁性吸附剂制备的原料，煤矸石煤矸石干基挥发分11.28％；矿物组成(质量分数)：SiO2为55.82％，Al2O3为25.15％，其他成分19.03％。磁性吸附剂制备过程：
(1)煤矸石预处理：将煤矸石经颚式破碎机粗碎和球磨机细碎获得煤矸石细颗粒，采用振动套筛筛获得粒径在200-300目之间的煤矸石颗粒。
(2)将预处理得到的煤矸石颗粒按照煤矸石与九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)质量比为5:3充分混合，加水搅拌10分钟后置于120℃的鼓风干燥箱中干燥8小时获得混合料。
(3)将混料至于密闭的电阻炉中，加热升温至500℃，保温2小时；随炉冷却的烧制样品经研磨筛分至-325目粒度，利用永磁铁收集强磁性颗粒。
(4)将强磁性颗粒用去离子水洗至中性，置于鼓风干燥箱中在120℃下干燥6小时，最终获得磁性吸附剂。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法，它的制备工艺为：
步骤1、选取干基挥发分5-20％的煤矸石为原料，经破碎粉磨后筛分获得160-300目(48-96μm)的原料煤矸石。
步骤2、将铁盐按照不同质量比将煤矸石混合，加水后充分搅拌混合。
步骤3、将混合料烘干后，放入电炉中400-650℃下活化反应2-4小时。
步骤4、待烧制产物冷却后，经研磨筛分获得-325目(粒径<45μm)颗粒，利用磁分离技术提取强磁性颗粒。
步骤5、收集后的强磁性颗粒，用去离子水洗至中性。在100-120℃下充分干燥，即得磁性吸附剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述煤矸石为《中华人民共和国国家标准:煤矸石分类(GB/T 29162-2012)》中规定的中、低灰煤(灰分<85％)，硅铝型和钙镁型均可。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铁盐包括硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、硫酸铁铵等三价可溶性铁盐或对应的二价可溶性铁盐。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述不同质量比为铁盐与煤矸石的质量比为10:1至2:1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述活化反应在空气气氛下进行，并依据铁盐性质不同对气氛的氧化还原性质进行适当控制。
CN202010164842.6A 2020-03-09 2020-03-09 一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法 Withdrawn CN111298764A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010164842.6A CN111298764A (zh) 2020-03-09 2020-03-09 一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010164842.6A CN111298764A (zh) 2020-03-09 2020-03-09 一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111298764A true CN111298764A (zh) 2020-06-19

Family

ID=71155504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010164842.6A Withdrawn CN111298764A (zh) 2020-03-09 2020-03-09 一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111298764A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115055158A (zh) * 2022-06-17 2022-09-16 安徽理工大学 一种可高效磁分离的金属离子改性沸石的合成方法
CN115318255A (zh) * 2022-08-24 2022-11-11 陕西科技大学 一种磁性可回收煤矸石吸附球状材料及其制备方法和应用

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115055158A (zh) * 2022-06-17 2022-09-16 安徽理工大学 一种可高效磁分离的金属离子改性沸石的合成方法
CN115055158B (zh) * 2022-06-17 2023-11-21 安徽理工大学 一种可高效磁分离的金属离子改性沸石的合成方法
CN115318255A (zh) * 2022-08-24 2022-11-11 陕西科技大学 一种磁性可回收煤矸石吸附球状材料及其制备方法和应用
CN115318255B (zh) * 2022-08-24 2023-12-22 陕西科技大学 一种磁性可回收煤矸石吸附球状材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peng et al. Removal of cadmium from wastewater by magnetic zeolite synthesized from natural, low-grade molybdenum
CN111318252A (zh) 一种两步法制备煤矸石磁性吸附剂的方法
Cai et al. Valorization of manganese residue to prepare a highly stable and active Fe3O4@ SiO2/starch-derived carbon composite for catalytic degradation of dye waste water
CN111298764A (zh) 一种利用煤矸石制备磁性吸附剂的方法
CN109967041B (zh) 一种双金属改性磁性生物质活性炭吸附剂及其制备方法与在废水处理上应用
CN114425305B (zh) 一种汞吸附材料及其制备方法和在烟气或溶液脱汞方面的应用
CN113000012A (zh) 一种除砷吸附材料及其制备方法和在酸性废水中除As(III)的应用
CN110394154B (zh) 一种毛竹炭/FeMn-LDH复合材料的制备方法及其应用
CN114405456B (zh) 一种用于除铀的γ-Fe2O3@HAP磁性复合材料的制备方法
CN114213140B (zh) 用于磷吸附的煤矸石基陶粒及其制备方法和水处理设备
CN111871361A (zh) 环境修复材料及其制备方法和应用
Wei et al. Preparation of tungsten slag-bentonite particle adsorbent and its adsorption performance for lead ion from wastewater
Dai et al. Effective removal of Cd (ii) by sludge biochar supported nanoscale zero-valent iron from aqueous solution: characterization, adsorption properties and mechanism
Rao et al. Facile synthesis of NaY molecular sieve by low-temperature ultrasonic gelling method for efficient adsorption of rare-earth elements
CN111068615B (zh) 一种用于脱除钒的多元复合吸附材料及其制备方法和应用
CN117339551A (zh) 一种对碲具有还原和吸附作用的复合材料合成方法
CN115532225B (zh) 一种利用废土作为铁源制备零价铁负载生物炭的方法及其应用
CN106000365A (zh) 一种羟基氧化铁/膨胀石墨复合材料的制备方法及其应用
CN114100573B (zh) 一种MOFs衍生多孔碳包覆的铁氧化物复合材料的制备方法
CN113262759B (zh) 多孔磁性纳米材料及其制备方法和在汽柴油脱硫中的应用
Liu et al. A new preparation process of coal-based magnetically activated carbon
Bao et al. One-step construction of magnetic biochar with a hierarchical porous structure and its adsorption properties
Ye et al. Molten Alkali-Assisted Formation of Silicate Gels and Its Application for Preparing Zeolites
Feng et al. Study on the Pb (II) adsorption mechanism on acid‐modified ceramsite made from sewage sludge and industrial solid wastes
CN116731719B (zh) 循环式磁性锰基汞污染土壤修复剂及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20200619