一種磁性炭基吸附劑及應用的製作方法

2023-05-13 19:15:46

一種磁性炭基吸附劑及應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種磁性炭基吸附劑的製備方法和應用。粉末活性炭先進行預處理；然後將Fe2+、Fe3+的可溶性鹽配成溶液，按照比例混合；按粉末活性炭質量與Fe離子質量比例，加入預處理後的粉末活性炭；加入配合劑和分散劑，吸附飽和後，升溫；隨後用鹼溶液作為沉澱劑，調節pH值沉澱出磁性粉末活性炭，並陳化、靜置；最後用蒸餾水洗滌，經過抽濾、烘乾製備出磁性炭基吸附劑。經本發明製備的磁性粉末活性炭，能顯著提高吸附性能，且便於使用後的固液分離，利於回收利用，減少了炭流失。
【專利說明】一種磁性炭基吸附劑及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種吸附劑，尤其涉及一種磁性炭基吸附劑及應用。
技術背景
[0002]我國是農業大國，農資產品一直發展迅速，不僅僅在國內市場佔據絕對的主要地位，在國外市場也開始嶄露頭角。但伴隨著農藥行業的迅速發展，產生的農藥廢水不僅年排放量大，而且汙染物濃度高、毒性大、成份複雜、有惡臭，水質水量波動性大，嚴重破壞生態環境，並嚴重威脅著飲用水安全和人民生命健康。
[0003]農藥廢水經過預處理和生化處理後，其尾水汙染物成分仍然十分複雜。面對行業提標改造、中水回用的環保壓力，迫切需求經濟有效的深度處理技術。通常的尾水深度處理與回用技術除生態的方法外，主要有膜分離技術(超濾、反滲透等)、氧化技術(臭氧氧化、電化學氧化、Fenton氧化、光化學氧化等)、吸附技術(活性炭吸附、樹脂吸附等)等。膜分離技術是一種相對成熟的尾水深度處理與回用技術，但無論是內置式還是外置式裝置，設備投資大、運行成本高、效率低，膜濃縮液造成二次汙染，導致該技術難以廣泛應用。氧化技術能有效降低有機工業廢水尾水的C0D，但由於經過物化預處理和生化處理後廢水的COD較低，氧化的有效性和處理效率都較差，處理成本偏高。吸附技術是一種相對經濟而有效的技術，可適應大多數有機工業廢水深度處理與回用的要求，但由於傳統的吸附劑存在吸附易飽和、難回收利用與再生等問題，嚴重製約了該技術在尾水深度處理方面的應用。
[0004]目前在廢水處理中常用的吸附劑有:活性炭、磺化煤、活性白土、硅藻土、活性氧化鋁、活性沸石、焦炭、樹脂吸附劑、爐渣、木屑、煤灰、腐殖酸等，其中以活性炭最為常見。活性炭按其外觀形狀分，可分為粉末活性炭、顆粒活性炭、圓柱形活性炭和球形活性炭等。粉狀炭在使用時有吸附速度較快，吸附能力使用充分等優點，但粉狀炭使用後固液分離困難，不便回收，導致其流失嚴重，因此需專有的分離方法。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是針對粉末活性炭難固液分離、不便回收利用的缺陷，提供一種磁性炭基吸附劑，本發明的另一目的是提供上述吸附劑的用途。
[0006]本發明的技術方案為:一種磁性炭基吸附劑，其特徵在於由以下方法製備得到，其具體步驟如下:(a)粉末活性炭的預處理:將粉末活性浸泡於硝酸溶液中，蒸餾水清洗，然後放入沸水中煮沸，再用蒸餾水清洗，經抽濾、洗滌、乾燥後放入乾燥器中備用；(b)將Fe2+和Fe3+的可溶性鹽配成溶液，按照摩爾比為1:1.5?1:2.5比例混合，然後配成鐵離子溶液，Fe2+和Fe3+質量濃度為2.98%?3.45% ；(c)在步驟(b)的鐵離子溶液中加入預處理後的粉末活性炭，再加入配合劑和分散劑；(d)在保護氣氛下吸附飽和後，升溫；用鹼溶液作為沉澱劑，調節PH值沉澱出磁性粉末活性炭，陳化、靜置；(e)蒸餾水洗滌、再抽濾、烘乾，即得到磁性炭基吸附劑。
[0007]優選步驟(a)所述將粉末活性浸泡於硝酸溶液中時間為18?24小時；兩次蒸餾水清洗至pH值均為6.8?7.2 ;硝酸溶液濃度為0.0lmL/L?0.05mL/L ;酸洗和水洗的固液比均為1:10 (g/mL)?1:30 (g/mL);煮沸的時間為I?3h。
[0008]優選步驟(b)中所述Fe2+可溶性鹽為FeSO4或者FeCl2 ；Fe3+的可溶性鹽為FeCl3、Fe2 (SO4) 3 或者 Fe (NO3) 3。
[0009]優選步驟(C)中加入的粉末活性炭質量與Fe2+和Fe3+離子總質量比例為:0.69:1?4.83:1 ;所述的配合劑為檸檬酸；配合劑加入的質量與步驟(b)配製的鐵離子溶液的體積比為0.1?0.3g/100mL ;所述的分散劑為聚乙二醇；分散劑加入的質量與步驟(b)配製的鐵離子溶液的體積比為:0.1?0.3mL/100mL。
[0010]優選步驟(d)中所述的保護氛為氮氣；吸附時間為3?5h ;升溫至60?80°C ;鹼溶液為NaOH或者KOH溶液；調節pH至8?10 ;鹼溶液的濃度為2?4mol/L ;陳化時間為2?4h，靜置時間為12?16h。
[0011]優選步驟(e)中用蒸餾水洗滌3?4次，直至ρΗ=6.8?7.2 ;烘乾溫度為50?70°C，烘乾時間為8?12h。
[0012]本發明還提供了上述的磁性炭基吸附劑在水處理中的應用。尤其是在吸附汙廢水中常見的農藥物質、芳香族物質、重金屬離子或富營養化水體中的磷中的應用；所述的農藥物質優選為草甘膦或吡蟲啉。
[0013]有益效果:
[0014](I)本發明製備的磁性炭基吸附劑賦有磁性，便於固液分離，易於回收和再利用。
[0015](2)本發明製備磁性粉末活性炭的反應溫度低，不會破壞活性炭的結構，確保了其吸附性能；另外，在粉末活性炭上加上磁性後，會減少粉末活性炭的流失。
[0016](3)經本發明方法製備的磁性炭基吸附劑與原活性炭相比，吸附性能有顯著的提聞。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
[0018]製備:(I)將50g粉末活性浸泡於1000mL、0.0lmL/L硝酸溶液中24小時，蒸餾水清洗至PH值為7 ;將酸洗後的活性炭放入IOOOmL沸水中煮沸3h，用蒸餾水反覆清洗至pH值為7.2 ;水洗後的活性炭經抽濾、洗滌、乾燥後放入乾燥器中備用；(2)將FeCl3.6H20和FeCl2按照1:1.5的摩爾比配成鐵離子質量濃度為3.45%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭質量與Fe離子質量比例為1.38:1加入預處理後的粉末活性炭；再加入0.1g的檸檬酸和
0.2mL的聚乙二醇；(4)在氮氣保護氛圍下吸附4h，升溫至60°C，滴加4mol/L的NaOH溶液調節pH至9 ;維持此溫度，陳化2h，靜置16h ; (5)蒸餾水洗滌4次，直至pH=6.8，抽濾後放入烘箱中，於60°C下烘乾10h，即得到磁性炭基吸附劑。
[0019]吸附性能:對於250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，於25°C下在恆溫水浴振蕩器中以130r/min的速度振蕩，振蕩14h後，草甘膦的濃度去除率高達96.98%，磁性粉末活性炭的吸附量為48.49mg/g ;而相同條件下，原粉末活性炭對草甘膦的吸附，其濃度去除率僅31.7%，原粉末活性炭的吸附量為15.85mg/g。
[0020]實施例2
[0021]製備:(I)將50g粉末活性浸泡於1500mL、0.03mL/L硝酸溶液中20小時，蒸餾水清洗至pH值為7.2 ;將酸洗後的活性炭放入1500mL沸水中煮沸lh，用蒸餾水反覆清洗至pH值為6.8 ;水洗後的活性炭經抽濾、洗滌、乾燥後放入乾燥器中備用；(2)將Fe2 (SO4)3和FeCl2按照1:2的摩爾比配成鐵離子質量濃度為3.22%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭質量與Fe離子質量比例為0.69:1加入預處理後的粉末活性炭；再加入0.2g的檸檬酸和0.3mL的聚乙二醇；(4)在氮氣保護氛圍下吸附3h，升溫至70°C，滴加2mol/L的KOH溶液調節pH至10 ;維持此溫度，陳化3h，靜置14h ; (5)蒸餾水洗滌4次，直至pH=7，抽濾後放入烘箱中，於70°C下烘乾8h，即得到磁性炭基吸附劑。 [0022]吸附性能:對於250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，於25°C下在恆溫水浴振蕩器中以130r/min的速度振蕩，振蕩12h後，草甘膦的濃度去除率達到79.17%，磁性粉末活性炭的吸附量為39.59mg/g ;而相同條件下，原粉末活性炭對草甘膦的吸附，其濃度去除率僅31.7%，原粉末活性炭的吸附量為15.85mg/g。
[0023]實施例3
[0024]製備:(I)將50g粉末活性浸泡於500mL、0.05mL/L硝酸溶液中18小時，蒸餾水清洗至PH值為6.8 ;將酸洗後的活性炭放入500mL沸水中煮沸2h，用蒸餾水反覆清洗至pH值為7;水洗後的活性炭經抽濾、洗滌、乾燥後放入乾燥器中備用；(2)將Fe (N03)3*9H20和FeSO4 ? 7H20按照1:2.5的摩爾比配成鐵離子質量濃度為2.98%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭質量與Fe離子質量比例為4.83:1加入預處理後的粉末活性炭；再加入0.3g的檸檬酸和0.1mL的聚乙二醇；(4)在氮氣保護氛圍下吸附5h，升溫至80°C，滴加3mol/L的NaOH溶液調節PH至8 ;維持此溫度，陳化4h，靜置12h ; (5)蒸餾水洗滌3次，直至pH=7.2，抽濾後放入烘箱中，於50°C下烘乾12h，即得到磁性炭基吸附劑。
[0025]吸附性能:對於250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，於25°C下在恆溫水浴振蕩器中以130r/min的速度振蕩，振蕩12h後，草甘膦的濃度去除率達到66.74%，磁性粉末活性炭的吸附量為33.37mg/g ;而相同條件下，原粉末活性炭對草甘膦的吸附，其濃度去除率僅31.7%，原粉末活性炭的吸附量為15.85mg/g。
【權利要求】
1.一種磁性炭基吸附劑，其特徵在於由以下方法製備得到，其具體步驟如下:(a)粉末活性炭的預處理:將粉末活性浸泡於硝酸溶液中，蒸餾水清洗，然後放入沸水中煮沸，再用蒸餾水清洗，經抽濾、洗滌、乾燥後放入乾燥器中備用；(b)將Fe2+和Fe3+的可溶性鹽配成溶液，按照摩爾比為1: 1.5?1:2.5比例混合，然後配成鐵離子溶液，Fe2+和Fe3+質量濃度為2.98%?3.45% ; (c)在步驟(b)的鐵離子溶液中加入預處理後的粉末活性炭，再加入配合劑和分散劑；(d)在保護氣氛下吸附飽和後，升溫；用鹼溶液作為沉澱劑，調節pH值沉澱出磁性粉末活性炭，陳化、靜置；(e)蒸餾水洗滌、再抽濾、烘乾，即得到磁性炭基吸附劑。
2.根據權利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特徵在於步驟(a)所述將粉末活性浸泡於硝酸溶液中時間為18?24小時；兩次蒸餾水清洗至pH值均為6.8?7.2 ;硝酸溶液濃度為0.0lmL/L?0.05mL/L ;酸洗和水洗的固液比均為1:10 (g/mL)?1:30 (g/mL);煮沸的時間為I?3h。
3.根據權利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特徵在於步驟(b)中所述Fe2+可溶性鹽為 FeSO4 或者 FeCl2 ；Fe3+ 的可溶性鹽為 FeCl3' Fe2 (SO4)3 或者 Fe (NO3) 3。
4.根據權利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特徵在於步驟(c)中加入的粉末活性炭質量與Fe2+和Fe3+離子總質量比例為:0.69:1?4.83:1 ;所述的配合劑為檸檬酸；配合劑加入的質量與步驟(b)配製的鐵離子溶液的體積比為0.1?0.3g/100mL ;所述的分散劑為聚乙二醇；分散劑加入的質量與步驟(b)配製的鐵離子溶液的體積比為:0.1?0.3mL/100mL。
5.根據權利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特徵在於步驟(d)中所述的保護氛為氮氣；吸附時間為3?5h ;升溫至60?80°C ;鹼溶液為NaOH或者KOH溶液；調節pH至8?10 ;鹼溶液的濃度為2?4mol/L ;陳化時間為2?4h，靜置時間為12?16h。
6.根據權利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特徵在於步驟(e)中用蒸餾水洗滌3?4次，直至pH=6.8?7.2 ;烘乾溫度為50?70°C，烘乾時間為8?12h。
7.一種如權利要求1所述的磁性炭基吸附劑在水處理中的應用。
【文檔編號】B01J20/20GK103611496SQ201310561430
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】徐炎華, 周輝, 於鵬 申請人:南京工業大學