CN113332955B - 一种用于重金属吸附的磁性活性炭及其制备方法和再生方法 - Google Patents

一种用于重金属吸附的磁性活性炭及其制备方法和再生方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113332955B
CN113332955B CN202110624750.6A CN202110624750A CN113332955B CN 113332955 B CN113332955 B CN 113332955B CN 202110624750 A CN202110624750 A CN 202110624750A CN 113332955 B CN113332955 B CN 113332955B
Authority
CN
China
Prior art keywords
activated carbon
magnetic activated
preparation
magnetic
acid
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.)
Active
Application number
CN202110624750.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113332955A (zh
Inventor
江泽慧
刘杏娥
马建锋
代琳心
谭雨菁
胡晓虹
杨淑敏
田根林
尚莉莉
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.)
International Center for Bamboo and Rattan
Original Assignee
International Center for Bamboo and Rattan
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 International Center for Bamboo and Rattan filed Critical International Center for Bamboo and Rattan
Priority to CN202110624750.6A priority Critical patent/CN113332955B/zh
Publication of CN113332955A publication Critical patent/CN113332955A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113332955B publication Critical patent/CN113332955B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • 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
    • 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
    • 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
    • B01J20/28054—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 surface properties or porosity
    • B01J20/28078—Pore diameter
    • 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
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/345—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture
    • B01J20/3475—Regenerating or reactivating using a particular desorbing compound or mixture in the liquid phase
    • 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
    • C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
    • 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
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

本发明提供一种磁性活性炭及其制备方法、再生方法和应用。一种磁性活性炭的制备方法，包括：将竹粉和溶剂混合，加热进行炭化反应，得到炭质前驱体；将所述炭质前驱体与碱性溶液混合，然后进行第一超声处理，然后向体系内加入铁盐，进行第二超声处理；将反应产物干燥、粉碎，然后进行高温碱活化，得到磁性活性炭。一种磁性活性炭，使用所述的制备方法制得。一种所述的磁性活性炭的再生方法，包括：将使用后的所述磁性活性炭用酸进行处理，干燥；所述酸包括盐酸、醋酸和柠檬酸中的一种或多种。一种所述的磁性活性炭的应用，用于吸附重金属或有机物。本发明提供的磁性活性炭具有高磁性高吸附率，可再生循环利用，其制备便宜简单利于大规模生产。

Description

一种用于重金属吸附的磁性活性炭及其制备方法和再生方法
技术领域
本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种磁性活性炭及其制备方法、再生方法和应用。
背景技术
近年来，环境问题备受关注，特别是水资源方面，随着工业活动的迅速发展，大量含有重金属和其他有机污染物的工业废水被释放到地表水和地下水中。这些重金属有毒且不可生物降解，对人类及其他生物的健康产生不利影响。国内外学者就去除重金属污染物开展了大量研究，生物炭由于高表面积和丰富表面电荷，被认为是多功能生物吸附剂，广泛应用于去除水中的污染物，包括重金属和有机污染物。
生物炭与环境污染物主要通过离子交换，静电吸附，金属络合，物理吸附和沉淀等形式相互作用。但是，粉末状的生物炭粒径较小且密度较低，从溶液中难以分离，阻碍了其在废水处理领域的广泛应用。解决此问题的有效途径是将过渡金属及其氧化物引入生物炭基质中，通过浸渍热解、化学共沉淀、还原共沉积和水热炭化来创建易于分离的磁性生物炭。几种铁盐作为常用的磁性介质已被用于制备磁性生物炭，例如氯化铁，硝酸铁，草酸亚铁，柠檬酸铁，和硫酸铁。随着热解温度的升高，磁铁矿(Fe3O4)，磁铁矿(γ-Fe2O3)和α-铁(α-Fe)可以负载到炭基质上，从而使磁性生物炭得以从水溶液中分离，而被外部磁铁吸引。
尽管磁性生物炭的分离问题得以解决，但由于生物炭的表面孔被氧化铁颗粒堵塞，一定程度上降低了其对重金属的吸附效率。因此，还需要探索能够维持生物炭的磁性并增强生物炭在磁化后的吸附能力的添加剂材料，或创建一个新的合成方法得以制备同时得到磁化和多孔的磁性生物炭。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种磁性活性炭的制备方法，一步到位实现生物炭的磁化和活化，制备具有高磁性的多孔活性炭，解决了常规生物炭的表面孔被氧化铁颗粒堵塞的问题，大大提高了吸附能力，并且生产成本低廉，无二次污染，条件可控，有利于扩大化生产。
本发明的第二目的在于提供一种磁性活性炭，具有丰富的微孔和中孔结构，对重金属离子污染物快速吸附，显示出更高的比表面积和丰富的羧基，具备很强的吸附能力。
本发明的第三目的在于提供一种磁性活性炭的再生方法，简单可行，实现磁性活性炭的循环利用，所获得的磁性活性炭具有较高水平的再生吸附效率。
本发明的第四目的在于提供一种磁性活性炭的应用，用于吸附重金属或有机物，净化环境。
为实现以上目的，特采用以下技术方案：
一种磁性活性炭的制备方法，包括：
将竹粉和溶剂混合，加热进行炭化反应，得到炭质前驱体；
将所述炭质前驱体与碱性溶液混合，然后进行第一超声处理，然后向体系内加入铁盐，进行第二超声处理；
将反应产物干燥、粉碎，然后进行高温碱活化，得到所述的磁性活性炭。
采用水热炭化的方式制备炭质前驱体，能耗低、污染低，所制得的材料具有丰富的微孔和中孔结构，且与金属相互促进，提高分散性，通过同时磁化和活化制备高磁性的活性炭，增强活性炭的比表面积，制备工艺更简单，所得产物性能更优。
优选地，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
a.所述竹粉的粒径为60～80目；
b.所述溶剂为水，所述竹粉和水的固液体积比为1:(5～10)；
c.所述竹粉和水的固液体积比为1:10。
可选地，所述竹粉的粒径可以为60目、65目、70目、75目和80目之间的任意值；
可选地，所述竹粉和水的固液体积比可以为1:5、1:6、1:7、1:8、1:9和1:10之间的任意值。
优选地，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
d.所述加热的目标温度为200～800℃，升温速率为5～10℃/min；
e.所述炭化反应的时间为1～3h。
可选地，所述加热的目标温度可以为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃和800℃之间的任意值，升温速率可以为5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min和10℃/min之间的任意值；
可选地，所述炭化反应的时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h和3h之间的任意值。
优选地，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
f.所述炭化反应在惰性气体氛围内进行，所述惰性气体为氮气；
g.所述氮气的吹扫流速为0.1～0.5L/min，吹扫时间为30min。
可选地，所述氮气的吹扫流速可以为0.1L/min、0.2L/min、0.3L/min、0.4L/min和0.5L/min之间的任意值。
优选地，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
h.所述炭质前驱体的粒径为60～80目；
i.所述碱性溶液包括KOH溶液和/或NaOH溶液；
j.碱性溶液的浓度为1～3M；
k.所述碱性溶液与所述炭质前驱体的体积质量比为0.2～0.4L/1g；
l.所述第一超声处理的声波频率为45khz，时间为20～50min。
可选地，所述炭质前驱体的粒径可以为60目、65目、70目、75目和80目之间的任意值；
可选地，碱性溶液的浓度可以为1M、2M和3M之间的任意值；
可选地，所述第一超声处理的时间可以为20min、30min、40min和50min之间的任意值。
优选地，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
m.所述铁盐包括FeCl3·6H2O和/或Fe(NO3)3·9H2O；
n.所述铁盐的质量是所述炭质前驱体质量的1～3倍；
o.所述第二超声处理的声波频率为45khz，时间为10～30min。
可选地，所述铁盐的质量可以是所述炭质前驱体质量的1倍、2倍和3倍之间的任意值；
可选地，所述第二超声处理的时间可以为10min、15min、20min、25min和30min之间的任意值。
优选地，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
p.所述干燥的温度为80～100℃；
q.所述高温碱活化在惰性气体环境下进行；
r.所述惰性气体为氮气；
s.所述氮气的流速为0.1～0.5L/min；
t.所述高温碱活化的目标温度为750～850℃，升温速率为5～10℃/min，时间为1～3h；
u.所述制备方法还包括：将得到的磁性活性炭使用盐酸进行清洗，除去残余的盐。
可选地，所述干燥的温度可以为80℃、85℃、90℃、95℃和100℃之间的任意值；
可选地，所述氮气的流速可以为0.1L/min、0.2L/min、0.3L/min、0.4L/min和0.5L/min之间的任意值；
可选地，所述高温碱活化的目标温度可以为750℃、800℃和850℃之间的任意值，升温速率可以为5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min和10℃/min之间的任意值，时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h和3h之间的任意值。
对制备方法中的反应条件、原料种类、原料物理化学性质、原料用量等要素的优选，均可以实现反应效率和效果的提高，同时提升产物性能。
一种磁性活性炭，使用上述任一项所述的制备方法制得。
上述方法制得的磁性活性炭吸附效率高，稳定性强。
一种所述的磁性活性炭的再生方法，包括：
将使用后的所述磁性活性炭用酸进行处理，干燥；
所述酸包括盐酸、醋酸和柠檬酸中的一种或多种。
通过再生方法实现磁性活性炭的循环利用，节约资源，降低成本。该方法操作简单，条件可控，原料廉价易得。
一种所述的磁性活性炭的应用，用于吸附重金属或有机物。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本申请提供的磁性活性炭的制备方法，首先采用低能耗低污染的水热炭化的方式制备具有丰富的微孔和中孔结构的炭质前驱体，经碱处理后，与金属铁盐复合时，由于其表面被羟基、羧基、羰基和内酯等各种氧化官能团修饰，增强了金属的分散性并促进相互作用，后续再经高温碱活化，形成了发达的孔隙，显著增强了该磁性活性炭的比表面积，既提高了分散性和稳定性，大大提高了对于重金属和有机污染物的吸附率，同时解决了常规生物炭的表面孔容易被金属氧化物堵塞而影响吸附能力的问题。本申请提供的制备方法不仅所得产物性能优良，且原材料来源丰富、廉价易得，对环境友好不产生二次污染，反应条件可控，有利于扩大化生产。
(2)本申请提供的磁性活性炭具有高磁性、高活性、高吸附能力和优良的可再生能力。
(3)本申请提供的磁性活性炭的再生方法，操作简单，再生产率高，经再生后的产物具有很高的吸附率，可循环利用，减少浪费。
(4)本申请提供的磁性活性炭用于吸附重金属或有机物，能高效净化水体环境，有利于整个生态的健康发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1为实施例1所制得的炭质前驱体的扫描电子显微图。
图2为实施例1所制得的磁性活性炭的扫描电子显微图。
图3为实施例1所制得的磁性活性炭另一位置的扫描电子显微图。
图4为实施例1所制得的磁性活性炭不同放大倍数的扫描电子显微图。
图5为实施例1所制得的磁性活性炭的能谱图。
图6为实施例1所制得的磁性活性炭的外界磁场吸附图。
图7为对比例8所使用的商业采购的竹炭粉的扫描电子显微图。
图8为实施例1-5及对比例8和9所制得的磁性活性炭的XRD图。
图9为实施例1、对比例8和对比例9所制得的磁性活性炭对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)离子的吸附性能对比图。
图10为实施例1-5所制得的磁性活性炭对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)离子的吸附性能图。
图11为实施例1得到的磁性活性炭的5次吸附再生性能评价图。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
步骤一：水热炭化。
将竹粉与水按照固液比例为1:10进行溶解，在氮气吹扫流速为0.2L/min的氛围下，以10℃/min的升温速率加热至250℃，炭化1小时，得到炭质前驱体。
步骤二：碱处理。
在1.2L浓度为1M的KOH溶液中加入3g上述步骤二制得的炭质前驱体，45khz超声处理30min。
步骤三：铁盐复合。
向步骤二最终体系中加入6g FeCl3·6H2O，45khz超声处理30min，得到熔融状态的产物。
步骤四：高温碱活化和酸清洗。
将步骤三的产物在80℃下干燥12h并磨碎，接下来在800℃下活化1h，活化时升温速率为10℃/min，氮气流速为0.3L/min，获得的磁性活性炭采用0.1M盐酸清洗30min，除去残余的钾盐，在80℃下烘箱干燥，并在使用前放入密闭容器中保存。产物记为A1Hc1-Cl。
实施例1步骤一所制得的炭质前驱体的扫描电子显微图像如图1所示，实施例1所制得的磁性活性炭在不同的放大倍数下的扫描电子显微图像分别如图2、3、4所示。由图1可知，本申请提供的水热炭化方法制得的炭质前驱体的表面具有非常丰富的微孔和中孔结构，由图2、3、4可知，炭基体出现了明显的孔隙结构，同时有大量的颗粒物团聚沉积在各个表面。对该颗粒物进行分析，其能谱图如图5所示。由图5可证实这些颗粒物含有大量的铁元素，体现了铁盐有效复合的结果。同时对本实施例所制得的磁性活性炭进行磁性的评价，外界磁场吸附图如图6所示。由图6可知，所制得的磁性活性炭能够有效的通过外界磁体进行分离。
实施例2-5
与实施例1不同的是，水热炭化时间和/或高温碱活化时间不同。具体的：
实施例2水热炭化时间为1小时、高温碱活化时间为3小时，FeCl3·6H2O作为铁盐，记为A3Hc1-Cl；
实施例3水热炭化时间为1小时、高温碱活化时间为2小时，FeCl3·6H2O作为铁盐，记为A2Hc1-Cl；
实施例4水热炭化时间为3小时、高温碱活化时间为1小时，FeCl3·6H2O作为铁盐记为A1Hc3-Cl；
实施例5水热炭化时间为2小时、高温碱活化时间为1小时，FeCl3·6H2O作为铁盐，记为A1Hc2-Cl。
对比例1-7
表1本申请提供的磁性活性炭吸附剂与其他吸附剂吸附性能对比表
Figure GDA0004201781130000101
Figure GDA0004201781130000111
从上表1可得，本申请提供的磁性活性炭，用于吸附常见的重金属，最大吸附值较大，平衡时间短，说明其综合吸附能力要强于其他常规的吸附剂。
需要说明的是，对比例1-7的具体制备方法依次参考文献1-7(等温吸附模型均为Langmuir)，文献具体为：
[1]G.Yang,L.Tang,G.Zeng,Y.Cai,J.Tang,Y.Pang,Y.Zhou,Y.Liu,J.Wang,S.Zhang,W.Xiong,Simultaneous removal of lead and phenol contamination fromwater by nitrogen-functionalized magnetic ordered mesoporous carbon,Chem.Eng.J.259(2015)854-864。
[2]H.Wang,B.Gao,S.Wang,J.Fang,Y.Xue,K.Yang,Removal of Pb(II),Cu(II),and Cd(II)from aqueous solutions by biochar derived from KMnO4 treatedhickory wood,Bioresour.Technol.197(2015)356-362。
[3]Z.H.Huang,X.Zheng,W.Lv,M.Wang,Q.H.Yang,F.Kang,Adsorption of lead(II)ions from aqueous solution on low-temperature exfoliated graphenenanosheets,Langmuir 27(2011)7558-7562。
[4]K.Guo,S.L.Larson,J.H.Ballard,Z.Arslan,R.Zhang,Y.Ran,Y.Su,F.X.Han,Novel magnetic nanocarbon and its adsorption of Hg and Pb from water,Water.Air.Soil.Pollution 229(2018)122。
[5]Y.Wang,X.Wang,X.Wang,M.Liu,Z.Wu,L.Yang,S.Xia,J.Zhao,Adsorption ofPb(II)from aqueous solution to Ni-doped bamboo charcoal,J.Ind.Eng.Chem.19(2013)353-359。
[6]T.Bohli,A.Ouederni,I.Villaescusa,Simultaneous adsorption behaviorof heavy metals onto microporous olive stones activated carbon:analysis ofmetal interactions,Euro-Mediterranean J.Environ.Integration 2(2017)19。
[7]T.Terdkiatburana,S.Wang,M.O.Tadé,Competition and complexation ofheavy metal ions and humic acid on zeolitic MCM-22and activated carbon,Chem.Eng.J.139(2008)437-444。
对比例8
步骤一：碱处理。
在1.2L浓度为1M的KOH溶液中加入3g商业采购的竹炭粉(生产商为浙江佶竹生物科技有限公司，生产工艺为800℃炭化6小时制得，筛选40-60目)，45khz超声处理30min。
步骤二：铁盐复合。
向步骤二最终体系中加入6g FeCl3·6H2O，45khz超声处理30min，得到熔融状态的产物。
步骤三：高温碱活化和酸清洗。
将步骤二的产物在80℃下干燥12h并磨碎，然后在800℃下活化1h，活化时升温速率10℃/min，氮气流速0.3L/min，获得的磁性活性炭采用0.1M盐酸清洗30min，除去残余的钾盐，在80℃下烘箱干燥，并在使用前放入密闭容器中保存。产物记为A1Bc-Cl。
对比例8中使用的商业采购的竹炭粉的扫描电子显微图像如图7所示。由图7可知，商业采购的竹炭表面有一定的孔隙结构。
对比例9
与实施例1不同的是，不包括高温碱活化。产品标记为Hc1-Cl。
图8为实施例1-5及对比例8和9所制得产品的XRD图谱。由图8可知其负载的金属的类型，同时可知以水热竹炭为前驱体可以负载更多的金属。
将实施例1-5与对比例8和9所制得的磁性活性炭饱和磁化强度进行比较，结果如下表2所示：
表2不同类型磁性活性炭饱和磁化强度表
Figure GDA0004201781130000131
由表2可知，从整体上来看，显然实施例1-5所制得的磁性活性炭，其比表面积、平均孔径较对比例8和9的大，并且，实施例1-5所制得的磁性活性炭的饱和磁化强度在33.9～43.3emu/g之间，相比于对比例8和对比例9的26.4emu/g和27.3emu/g，具有明显的优势。
使用实施例1、对比例8和对比例9得到的产品对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)进行吸附，评价其离子吸附性能，结果如图9所示。
使用实施例1-5所制得的磁性活性炭对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)进行吸附，其吸附性能图如图10所示。
需要说明的是，图9和图10中进行吸附试验的工艺条件为：吸附剂用量50mg，吸附时间分别为10min、30min、60min和120min，反应温度为17℃，Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的初始浓度均为40ppm，pH＝6.0。
通过比较实施例1和对比例8可以得出，即使生产制备方法完全相同，但是采用不同的炭质前驱体，所制得的磁性活性炭的性能具有显著差异。通过比较图7和图1，可以明显看出本申请提供的水热炭化方法制得的炭质前驱体的表面具有更丰富的微孔和中孔结构。同时，由图9可以明显看出，本申请提供的使用竹粉通过水热炭化的方式制备的炭质前驱体所制得的磁性活性炭，在同样的吸附参数条件下，吸附几乎在10min左右达到平衡，在10min、30min、60min和120min其最大吸附量均更大，吸附稳定性更强，其综合吸附性能明显优于采用商业采购的竹炭粉作为炭质前驱体所制得的磁性活性炭。
通过比较实施例1和对比例9可以得出，经过了高温碱活化的磁性活性炭，其表面有大量的含铁颗粒物团聚沉积，增强了磁性和活性，而没有经过高温碱活化的磁性活性炭没有这一特质，因此在吸附实验中的表现也不尽相同，如图9所示，经过了高温碱活化的磁性活性炭具有更大的吸附量，能更快达到平衡，体现出了更优异的吸附性能。
通过比较实施例1-5可以得出，可以通过调节水热炭化和/或高温碱活化的时间对磁性活性炭的性能进行有效的调控。由图10可知，不同的水热炭化时间和/或高温碱活化时间得到的磁性活性炭的吸附性能是不同的，且并非时间越长越好，当水热炭化时间为1h，高温碱活化的时间为1h时，磁性活性炭的最大吸附量较大，平衡时间较短，稳定性较强，综合性能较好。并且，对于不同的吸附质，例如Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)，相同的水热炭化时间和/或高温碱活化时间得到的磁性活性炭表现出了不同的吸附性能。
本申请提供的磁性活性炭使用后可以进行再生处理，循环利用，再生处理的条件如下：
吸附饱和的磁性活性炭，采用0.5～1.0M柠檬酸清洗10～30min进行再生。
使用实施例1得到的磁性活性炭分别对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)进行吸附和再生试验，记录再生1-5次分别对应的吸附率，如图11所示。由图11可知，本申请提供的磁性活性炭，再生吸附性能优异。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种用于重金属吸附的磁性活性炭的制备方法，其特征在于，包括：
将竹粉和溶剂混合，加热进行炭化反应，得到炭质前驱体；
将所述炭质前驱体与碱性溶液混合，然后进行第一超声处理，然后向体系内加入铁盐，进行第二超声处理；
将反应产物干燥、粉碎，然后进行高温碱活化，得到所述的磁性活性炭；
其中，所述加热的目标温度为200~800℃，升温速率为5~10℃/min；所述炭化反应的时间为1~3h；
所述高温碱活化的目标温度为750~850℃，升温速率为5~10℃/min，时间为1~3h。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
a.所述竹粉的粒径为60~80目；
b.所述溶剂为水，所述竹粉和水的固液体积比为1:（5~10）。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述竹粉和水的固液体积比为1:10。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
c.所述炭化反应在惰性气体氛围内进行，所述惰性气体为氮气；
d.所述氮气的吹扫流速为0.1~0.5L/min，吹扫时间为30min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
e.所述炭质前驱体的粒径为60~80目；
f.所述碱性溶液包括KOH溶液和/或NaOH溶液；
g.碱性溶液的浓度为1~3M；
h.所述碱性溶液与所述炭质前驱体的体积质量比为0.2~0.4L/1g；
i.所述第一超声处理的声波频率为45khz，时间为20~50min。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
j.所述铁盐包括FeCl3•6H2O和/或Fe(NO3)3•9H2O；
k.所述铁盐的质量是所述炭质前驱体质量的1~3倍；
l.所述第二超声处理的声波频率为45khz，时间为10~30min。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的一个或多个：
m.所述干燥的温度为80~100℃；
n.所述高温碱活化在惰性气体环境下进行，所述惰性气体为氮气，所述氮气的流速为0.1~0.5L/min；
o. 所述制备方法还包括：将得到的磁性活性炭使用盐酸进行清洗，除去残余的盐。
8.一种用于重金属吸附的磁性活性炭，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。
9.一种权利要求8所述的用于重金属吸附的磁性活性炭的再生方法，其特征在于，包括：
将使用后的所述磁性活性炭用酸进行处理，干燥；
所述酸包括盐酸、醋酸和柠檬酸中的一种或多种。
CN202110624750.6A 2021-06-04 2021-06-04 一种用于重金属吸附的磁性活性炭及其制备方法和再生方法 Active CN113332955B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110624750.6A CN113332955B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种用于重金属吸附的磁性活性炭及其制备方法和再生方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110624750.6A CN113332955B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种用于重金属吸附的磁性活性炭及其制备方法和再生方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113332955A CN113332955A (zh) 2021-09-03
CN113332955B true CN113332955B (zh) 2023-06-23

Family

ID=77475255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110624750.6A Active CN113332955B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种用于重金属吸附的磁性活性炭及其制备方法和再生方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113332955B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105817203A (zh) * 2016-05-27 2016-08-03 国际竹藤中心 一种竹炭基磁性复合材料及制备方法
CN105984872A (zh) * 2015-02-13 2016-10-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 竹炭的制备方法
CN111203196A (zh) * 2020-03-15 2020-05-29 福州大学 一种羧甲基磁性木质素基生物炭及制备方法
CN111318254A (zh) * 2020-02-17 2020-06-23 吉林农业大学 一种高效再生活性炭的制备方法
CN111569831A (zh) * 2020-04-21 2020-08-25 哈尔滨工业大学 一种长期稳定的生物炭-零价铁复合材料及其一步制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105984872A (zh) * 2015-02-13 2016-10-05 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 竹炭的制备方法
CN105817203A (zh) * 2016-05-27 2016-08-03 国际竹藤中心 一种竹炭基磁性复合材料及制备方法
CN111318254A (zh) * 2020-02-17 2020-06-23 吉林农业大学 一种高效再生活性炭的制备方法
CN111203196A (zh) * 2020-03-15 2020-05-29 福州大学 一种羧甲基磁性木质素基生物炭及制备方法
CN111569831A (zh) * 2020-04-21 2020-08-25 哈尔滨工业大学 一种长期稳定的生物炭-零价铁复合材料及其一步制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113332955A (zh) 2021-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yao et al. Sustainable biochar/MgFe2O4 adsorbent for levofloxacin removal: Adsorption performances and mechanisms
Sultana et al. A review on experimental chemically modified activated carbon to enhance dye and heavy metals adsorption
Zeng et al. Arsenic (V) removal by granular adsorbents made from water treatment residuals materials and chitosan
Fan et al. Removal of hexavalent chromium by biochar supported nZVI composite: Batch and fixed-bed column evaluations, mechanisms, and secondary contamination prevention
Wang et al. Mechanisms and reutilization of modified biochar used for removal of heavy metals from wastewater: a review
Yang et al. Fabrication and characterization of hydrophilic corn stalk biochar-supported nanoscale zero-valent iron composites for efficient metal removal
Navarathna et al. Removal of Arsenic (III) from water using magnetite precipitated onto Douglas fir biochar
Yin et al. Activated magnetic biochar by one-step synthesis: Enhanced adsorption and coadsorption for 17β-estradiol and copper
Van et al. Removal of Cr (vi) from aqueous solution using magnetic modified biochar derived from raw corncob
Zahedifar et al. Surface-modified magnetic biochar: highly efficient adsorbents for removal of Pb (ΙΙ) and Cd (ΙΙ)
Du et al. Flower-, wire-, and sheet-like MnO2-deposited diatomites: Highly efficient absorbents for the removal of Cr (VI)
Dong et al. Optimizing magnetic functionalization conditions for efficient preparation of magnetic biochar and adsorption of Pb (II) from aqueous solution
Zeng et al. Preparation of sludge biochar rich in carboxyl/hydroxyl groups by quenching process and its excellent adsorption performance for Cr (VI)
Afzali et al. Deposition of MnO2 nanoparticles on the magnetic halloysite nanotubes by hydrothermal method for lead (II) removal from aqueous solutions
Yi et al. Magnetic biochar derived from rice straw and stainless steel pickling waste liquor for highly efficient adsorption of crystal violet
Yao et al. Simultaneous oxidation and removal of Sb (III) from water by using synthesized CTAB/MnFe2O4/MnO2 composite
Han et al. Highly efficient U (VI) removal by chemically modified hydrochar and pyrochar derived from animal manure
Li et al. Facile preparation of magnetic porous biochars from tea waste for the removal of tetracycline from aqueous solutions: Effect of pyrolysis temperature
Ma et al. Synthesis of magnetic biochar derived from cotton stalks for the removal of Cr (VI) from aqueous solution
Zhao et al. Quantitative analysis on the redox conversion mechanism of Cr (VI) and As (III) by iron carbide based biochar composites
Zhang et al. A novel green synthesized magnetic biochar from white tea residue for the removal of Pb (II) and Cd (II) from aqueous solution: Regeneration and sorption mechanism
Hu et al. One-pot synthesis of iron oxides decorated bamboo hydrochar for lead and copper flash removal
CN111203179A (zh) 一种可再生含酚有机废水催化吸附材料的制备方法及应用
CN111135788A (zh) 一种磁性掺氮碳纳米管水处理吸附剂及其制备方法
Li et al. The simultaneous reduction and adsorption for V (V) and Cr (VI) anionic species in aqueous solution by polyethyleneimine cross-linked titanate nanotubes

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant