CN114259986A - 磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石复合吸附剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及吸附材料制备技术领域，公开了一种磁性活性炭‑赤泥‑凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，将植物油加入赤泥和凹凸棒石黏土磨得到的赤泥‑凹凸棒石黏土混合物中搅拌均匀，形成植物油‑赤泥‑凹凸棒石黏土复合物；植物油‑赤泥‑凹凸棒石黏土复合物置于管式炉中，通入氮气排除空气，升温到560℃以上，停止氮气转入氢气，维持温度560～600℃一定时间，停止加热，再停止氢气转入氮气直至冷却到室温，将所得物磨碎后得到磁性活性炭‑赤泥‑凹凸棒石黏土复合吸附剂。本发明中，赤泥高温还原后赋予复合材料较强磁性能并与凹凸棒石纳米纤维在餐饮废油碳化后负载活性炭，活性炭与载体凹凸棒石协同对各种污染物具有良好的吸附性能。
Description
技术领域
本发明涉及吸附材料制备技术领域，特别涉及一种以废弃餐饮植物油为碳源、赤泥和凹凸棒石为碳载体以及赤泥为磁性前驱体制备磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石复合吸附剂的方法。
背景技术
凹凸棒石黏土是天然的富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有优良的吸附性能，被广泛应用在脱色、干燥以及水处理领域。然而由于凹凸棒石表面富含羟基以及无机材质的特性，凹凸棒石对极性有机物如阳离子染料亚甲基蓝以及重金属离子具有良好的吸附效果，但是对于非极性有机物以及阴离子污染物的吸附性能有限，难以适应自然水体中复杂污染物的去除。
将活性炭负载到凹凸棒石表面制备的活性炭-凹凸棒石复合材料有效提升了凹凸棒石吸附剂的吸附性能。如利用泔水油、猪油等有机物和凹凸棒石制备生物碳/凹凸棒石复合纳米材料用于吸附亚甲基蓝、甲基紫和四环素（RSC Advances, 2015, 5, 38443-38451;ZL201510097602.8），利用水热法将葡萄糖、纤维素或淀粉水解为碳材料负载到凹凸棒石表面制备的碳-凹凸棒石复合材料用于亚甲基蓝、金属Cr3+以及Pb2+的吸附（Langmuir，2011，27，8998-9004；Applied Clay Science，2014，95，60-66；Applied Clay Science，2015，114，617-626）都取得了较好的结果。这些材料都是纳米复合材料，吸附分离还存在一定问题。利用水热法将Ni-Fe双金属氢氧化物负载到凹凸棒石表面制备的磁性吸附剂可以实现快速分离，其对亚甲基蓝和Pb2+也具有良好的吸附（Journal of Cleaner Production，2018，172，673-685）。然而上述磁性材料由金属盐和尿素水热条件下制备，成本较高，有大量的废水需要进行处理。
赤泥是铝厂生产废渣，富含铁元素，在还原后具有一定的磁性能，引入多孔材料沸石制备的磁性沸石具有良好的吸附性能（ZL202010000665.8、ZL202010002457.1），但是其对有机物吸附能力还有待加强。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于多种废弃物的低成本磁性复合吸附材料的制备方法，将赤泥与凹凸棒石黏土复合后吸附餐饮废油，经碳化-还原后制备磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石复合吸附剂，赤泥高温还原后赋予复合材料较强磁性能并与凹凸棒石纳米纤维在餐饮废油碳化后负载活性炭，活性炭与载体凹凸棒石协同对各种污染物具有良好的吸附性能。
技术方案：本发明提供了一种磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：S1：赤泥和凹凸棒石黏土磨成粉末，得赤泥-凹凸棒石黏土混合物；S2：将植物油加入赤泥-凹凸棒石黏土混合物中，搅拌均匀，形成植物油-赤泥-凹凸棒石黏土复合物；S3：植物油-赤泥-凹凸棒石黏土复合物置于管式炉中，通入氮气排除空气，升温到560℃以上，停止氮气转入氢气，维持温度560～600℃一定时间，停止加热，再停止氢气转入氮气直至冷却到室温，将所得物磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
优选地，在S1中，赤泥与凹凸棒石黏土的质量比为2~5：10。
优选地，在S2中，植物油与赤泥-凹凸棒石黏土混合物的液固质量比为1~4：5。
优选地，在S3中，通入氮气排除空气后，以10℃/min的升温速率升温到560℃以上，停止氮气转入氢气。
优选地，在S3中，停止氮气转入氢气后，维持温度560～600℃持续2h，停止加热。
优选地，在S1中，使用球磨机将赤泥和凹凸棒石黏土磨成粉末。
优选地，在S2中，植物油为废弃餐饮植物油。
优选地，在S3中，使用球磨机将所得物磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
有益效果：本发明的合成原理如下：将赤泥与凹凸棒石黏土复合后吸附餐饮废油，吸附在凹凸棒石和赤泥表面的植物油高温惰性气体环境下碳化为活性炭；同时高温还原气氛下赤泥转变为具有磁性的铁磁性物质，经碳化-还原后磨碎得磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石复合吸附剂。赤泥高温还原后赋予复合材料较强磁性能并与凹凸棒石纳米纤维在餐饮废油碳化后负载活性炭，活性炭与载体凹凸棒石协同对各种污染物具有良好的吸附性能。
本发明与现有技术相比，具有以下优势：
（1）活性炭在赤泥颗粒及凹凸棒石纳米纤维表面负载提高了其比表面积及吸附效果，协同载体凹凸棒石的吸附性能，该复合吸附剂对金属、有机物等多种污染物具有良好的吸附效果。
（2）赤泥转变为磁性材料赋予复合材料磁性能实现后续应用的快速分离；该方法一步组合完成了碳化-还原过程制备磁性吸附剂，方法简单，节能效果明显，使用的材料废弃植物油和赤泥以及黏土矿物，成本较低，易于大规模推广。
（3）本发明与现有磁性碳-凹凸棒石复合材料相比，利用固废赤泥作为磁性材料来源，碳化-还原一步完成，具有材料成本低、方法简单且易于操作，避免了后续废液处理的优点。
附图说明
图1 磁性活性炭-凹凸棒石-赤泥复合吸附剂的XRD图谱；
图2 磁性活性炭-凹凸棒石-赤泥复合吸附剂及其赤泥和凹凸棒石机械混合物的亚甲基蓝吸附的照片；
图3 磁性活性炭-凹凸棒石-赤泥复合吸附剂及其赤泥和凹凸棒石机械混合物的铜离子吸附的照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
将2g赤泥加入8g凹凸棒石黏土中，用球磨机磨成粉末过筛；然后加入8g餐饮废油，搅拌均匀，转移到坩埚中，置于管式炉中，通入氮气按照10℃/min速度升温到560℃以上，停止氮气转入氢气，维持温度560℃持续2h，停止加热，再停止氢气转入氮气直至冷却到室温，利用球磨机磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
实施方式2：
将3g赤泥加入7g凹凸棒石黏土中，用球磨机磨成粉末过筛；然后加入5g餐饮废油，搅拌均匀，转移到坩埚中，置于管式炉中，通入氮气按照10℃/min速度升温到560℃以上，停止氮气转入氢气，维持温度600℃持续2h，停止加热，再停止氢气转入氮气直至冷却到室温，利用球磨机磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
实施方式3：
将5g赤泥加入5g凹凸棒石黏土中，用球磨机磨成粉末过筛；然后加入2g餐饮废油，搅拌均匀，转移到坩埚中，置于管式炉中，通入氮气按照10℃/min速度升温到560℃以上，停止氮气转入氢气，维持温度650℃持续2h，停止加热，再停止氢气转入氮气直至冷却到室温，利用球磨机磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
实施方式4：
将4g赤泥加入6g凹凸棒石黏土中，用球磨机磨成粉末过筛；然后加入6g餐饮废油，搅拌均匀，转移到坩埚中，置于管式炉中，通入氮气按照10℃/min速度升温到560℃以上，停止氮气转入氢气，维持温度560℃持续2h，停止加热，再停止氢气转入氮气直至冷却到室温，利用球磨机磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
对比例：按照实施例3比例制备的赤泥和凹凸棒石的机械混合物。
图1为实施方式1至4中制备的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的XRD图谱，可见在2θ为15~30°出现了馒头峰为非晶态碳材料，2θ为35.8°出现的衍射峰为Fe3O4的特征衍射峰，由于高温处理，凹凸棒石特征峰消失，上述结果表面通过碳化和还原，热油转变为活性炭，而赤泥被还原为磁性Fe3O4。
图2和图3中，中间为磁铁，左侧瓶子里面为实施方式1至4中制备的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土（简称凹土）复合吸附剂，右侧为对比例制备的赤泥-凹凸棒石黏土机械混合物，可见，两者对铜离子吸附性能基本相同，但是磁性活性炭-赤泥-凹土复合吸附剂比赤泥-凹凸棒石黏土机械混合物具有更好的亚甲基蓝吸附性能，且具有较好的磁性。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：赤泥和凹凸棒石黏土磨成粉末，得赤泥-凹凸棒石黏土混合物；
S2：将植物油加入赤泥-凹凸棒石黏土混合物中，搅拌均匀，形成植物油-赤泥-凹凸棒石黏土复合物；
S3：植物油-赤泥-凹凸棒石黏土复合物置于管式炉中，通入氮气排除空气，升温到560℃以上，停止氮气转入氢气，维持温度560～600℃一定时间，停止加热，再停止氢气转入氮气直至冷却到室温，将所得物磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
2.根据权利要求1所述的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，在S1中，赤泥与凹凸棒石黏土的质量比为2~5：10。
3.根据权利要求1所述的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，在S2中，植物油与赤泥-凹凸棒石黏土混合物的液固质量比为1~4：5。
4.根据权利要求1所述的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，在S3中，通入氮气排除空气后，以10℃/min的升温速率升温到560℃以上，停止氮气转入氢气。
5.根据权利要求1所述的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，在S3中，停止氮气转入氢气后，维持温度560～600℃持续2h，停止加热。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，在S1中，使用球磨机将赤泥和凹凸棒石黏土磨成粉末。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，在S2中，植物油为废弃餐饮植物油。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂的制备方法，其特征在于，在S3中，使用球磨机将所得物磨碎后得到磁性活性炭-赤泥-凹凸棒石黏土复合吸附剂。
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Application publication date: 20220401 Assignee: XUYI OUBAITE CLAY MATERIALS Co.,Ltd. Assignor: HUAIYIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980053928 Denomination of invention: Preparation method of magnetic activated carbon red mud attapulgite composite adsorbent Granted publication date: 20230630 License type: Common License Record date: 20231225 |