专利名称：一种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及ー种改性活性炭吸附剂的制备方法。
背景技术：
目前，国内外的废水除磷技术主要分为两大类生物法除磷、物化法除磷。物化法除磷又可分为化学沉淀法、电絮凝法、结晶法、吸附法等。其中，吸附法除磷技术由于易操作、高效快速、无二次污染、可回收利用、吸附剂活性点丰富且其成本低廉，已成为含磷废水处理的研究热点。吸附法除磷技术是利用某些多孔或大比表面积物质，主要通过磷在吸附剂表面的表面沉淀、离子交換或附着吸附等作用来实现废水的除磷过程；利用吸附-解吸方法，同时实现磷污染的消除和磷资源的回收。未经任何处理的吸附剂对磷的去除能力有限，吸附法除磷的吸附剂一般都是经改性后显示出对磷较好的吸附性能，主要有酸改性、金属盐改性、热处理等方法，主导吸附作用的基本上都是化学吸附，另外吸附过程中还有氢键作用、Lewis酸碱作用、静电吸附作用、表面沉淀反应以及离子交換作用等。由于吸附法除磷的显著优越性，尤其是对于低浓度含磷废水的深度除磷，各种吸附剂的研究与开发已经呈现出越来越多的趋势。活性炭作为吸附剂因其巨大的比表面积及其孔容积广泛应用于水处理行业，长期以来在有机废水及重金属废水的处理应用中比较多，而其对无机污染物较弱的吸附能力限制了其在无机含磷废水浄化处理中的应用，这主要与活性炭本身的物化性质有关。近年来，相关研究表明，在活性炭表面负载ー层活性较高的不同于活性炭本体的活性物质是ー种有效的改性方法，所负载的活性物质多为金属氧化物，通过改变活性炭表面的物化性质，増加其表面活性位点，提高了活性炭的吸附能力。中国专利，公开号为CN102247804A公开了负载有氢氧化镧的活性炭纤维除磷剂的制备方法；中国专利，公开号为CN102008940A公开了负载有氧化镧的活性炭纤维除磷剂的制备方法；以上制备方法所制得的除磷剂均表现出较好的吸附效果，但是制备过程中所用的金属氧化物为氧化镧、氢氧化镧价格高，増加了改性活性炭的成本。中国专利，公开号为CN101757892A公开了蔗渣活性炭/氧化铁的制备方法，所得成品用于磷的吸附，取得了良好效果，该发明降低了吸附剂的生产成本，但是制备过程中活性炭与氧化铁混合物需在40(T600°C进行高温炭化处理，对制备条件要求较高，并且有一定的炭损失率。近年来，国内外科研工作者对载铁活性炭处理无机废水进行了大量的研究，并且取得了很大的成功，但在具体操作过程中也出现了ー些问题
1)采用共沉淀法，以铁的硫酸盐或氯化物为改性物质与活性炭混合，在较高的PH条件下所制得的载铁活性炭具有一定的磁性，可实现吸附完成后快速分离，但采用该方法制备的产物，表面氧化铁与活性炭载体的结合强度较弱，在水洗过程中，可能导致大量的氧化铁脱落，对于污染物的吸附效果差；
2)采用浸溃法，将铁盐、活性炭和蒸馏水按照一定配比，通过调节适当的PH值所制得的载铁活性炭在应用过程中往往存在吸附过程中铁盐浸出、吸附饱和容量较低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉、炭损失率小、吸附效率高、绿色环保的除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法。其利用新型载铁活性炭吸附剂去除废水中普遍存在的无机磷污染物，实现了铁盐的有效利用以及水体无机磷污染物的有效去除。本发明所提供的除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，采用直接蒸发法，以按传统方法制备得到的粉末活性炭为原料，与无机铁盐溶液混合后于高温条件下恒温加热一段时间，直至水分蒸干。其制备过程包括原料粉末活性炭的预处理、酸性氧化处理、与无机铁盐的混合、蒸发、水洗处理、干燥等。其具体步骤如下 (1)用盐酸浸泡粉末活性炭12 24h，以去除活性炭表面的灰分、有机质，过滤后用90 100で的蒸馏水清洗，于10(Tl05°C下干燥6 12 h ；
(2)常温下，将步骤(I)所得的活性炭注入强氧化性酸溶液中浸溃12 24h，静置，过滤，水洗至PH不变，将洗涤后的样品于10(T105°C干燥6 12 h ；
(3)将步骤(2)所制得的活性炭与无机铁盐溶液混合，充分搅拌后，于11(T12(TC烘24^48 h直至水分完全蒸发，冷却至室温，去掉表层覆盖物，用蒸馏水洗去未负载的氧化鉄，直至水洗至无明显顔色且用硫氰酸钾溶液检验无红色为止，继续在10(T105°C下烘干，即得到富含铁氧化合物的高效除磷活性炭吸附剂。本发明中，步骤(I)所述粉末活性炭的原料是以各种含碳物质，如木材、秸杆、浙青等在惰性气体条件下高温炭化、活化后所得，其比表面积为125(Tl410m2/g，孔容积为
0.8^1. 0cm3/g，平均孔径为2. (T3. 5 nm ;优选以木材、秸杆为原料所得的活性炭；
本发明中，步骤(I)所述盐酸溶液pH为f 3。本发明中，步骤(2)所述强氧化性酸溶液为硝酸、硫酸中的ー种；优选硝酸；强氧化性酸溶液的质量含量为209^45%，与粉末活性炭的质量比为3:1飞I。本发明中，步骤(3)所述活性炭与无机铁盐的混合溶液pH为广3。本发明中，步骤(3)所述无机铁盐为硫酸亚铁、氯化铁中的ー种。优选硫酸亚铁盐。本发明中，步骤(3)所用无机铁盐的摩尔浓度为0. ro. 5mol/L，与粉末活性炭的质量比为8:12: I。本发明的优点在于一、通过调节所用无机铁盐的种类和质量，在一定程度上能够对活性炭物化性质进行调控；ニ、所浸溃的铁盐可以进入活性炭内孔，在使用过程中无铁盐浸出；三、制备过程中无炭损失率；四、发明所得的活性炭提高了对磷的吸附量，对含磷废水的处理效率高。
具体实施例方式以下实施例将对本发明作进ー步的说明。实施例I
I、一种用于含磷废水处理的载铁活性炭吸附剂的制备方法包括如下步骤
(I)用pH=2的盐酸溶液浸泡粉末活性炭12 h，以去除活性炭表面的灰分、有机质等，过滤后用90°C的蒸馏水清洗数次，于100°C下干燥6 h ;其中，所选粉末活性炭原料是以浙青在惰性气体条件下高温炭化、活化后所得，其比表面积为1370. 24m2/g，孔容积为0. 91cm3/g，平均孔径为2.6 nm;
(2)常温下，将步骤(I)所得的活性炭注入质量含量为30%的硫酸溶液中浸溃24h，硫酸溶液与粉末活性炭的质量比为5:1，静置，过滤，水洗至pH不变，将洗涤后的样品于105°C干燥6h ；
(3)将步骤(2)所制得的活性炭与硫酸亚铁盐溶液混合，控制铁盐摩尔浓度为
0.25mol/L，与粉末活性炭的质量比为12:1，调节溶液pH为1，充分搅拌后，于120°C烘24h直至水分完全蒸发，冷却至室温，去掉表层覆盖物，用蒸馏水洗去未负载的氧化鉄，直至水洗至无明显顔色且用硫氰酸钾溶液检验无 红色为止，继续在100°C下烘干，即得到富含铁氧化合物的高效除磷活性炭吸附剂。实施例2
I、一种用于含磷废水处理的载铁活性炭吸附剂的制备方法包括如下步骤
(1)用pH=3的盐酸溶液浸泡粉末活性炭24h，以去除活性炭表面的灰分、有机质等，过滤后用100°C的蒸馏水清洗数次，于105°C下干燥6 h ;其中，所选粉末活性炭原料是以木材在惰性气体条件下高温炭化、活化后所得，其比表面积为1396. 57m2/g，孔容积为0. 88cm3/g，平均孔径为3.0 nm;
(2)常温下，将步骤(I)所得的活性炭注入质量含量为40%的硝酸溶液中浸溃12h，硝酸溶液与粉末活性炭的质量比为6:1，静置，过滤，水洗至pH不变，将洗涤后的样品于100°C干燥12 h ；
(3)将步骤(2)所制得的活性炭与氯化铁盐溶液混合，控制铁盐摩尔浓度为0.2mol/L,与粉末活性炭的质量比为12:1，调节溶液pH为2，充分搅拌后，于110°C烘48 h直至水分完全蒸发，冷却至室温，去掉表层覆盖物，用蒸馏水洗去未负载的氧化铁，直至水洗至无明显顔色且用硫氰酸钾溶液检验无红色为止，继续在105°C下烘干，即得到富含铁氧化合物的高效除磷活性炭吸附剂。实施例3
I、一种用于含磷废水处理的载铁活性炭吸附剂的制备方法包括如下步骤
(1)用pH=l的盐酸溶液浸泡粉末活性炭24h，以去除活性炭表面的灰分、有机质等，过滤后用100°C的蒸馏水清洗数次，于105°C下干燥12 h;其中，所选粉末活性炭原料是以秸杆在惰性气体条件下高温炭化、活化后所得，其比表面积为1406. 10m2/g，孔容积为
0.85cm3/g，平均孔径为 2. 4 nm ；
(2)常温下，将步骤(I)所得的活性炭注入质量含量为34%的硝酸溶液中浸溃12h，硝酸溶液与粉末活性炭的质量比为4:1，静置，过滤，水洗至pH不变，将洗涤后的样品于105°C干燥12 h ；
(3)将步骤(2)所制得的活性炭与硫酸亚铁盐溶液混合，控制铁盐摩尔浓度为0.2mol/L,与粉末活性炭的质量比为10:1，调节溶液pH为2，充分搅拌后，于110°C烘48 h直至水分完全蒸发，冷却至室温，去掉表层覆盖物，用蒸馏水洗去未负载的氧化鉄，直至水洗至无明显颜色且用硫氰酸钾溶液检验无红色为止，继续在105°C下烘干，即得到富含铁氧化合物的高效除磷活性炭吸附剂。应用实例对含磷废水进行吸附去除实验 新型载铁活性炭对含磷废水的处理效果
权利要求
1.ー种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下 (1)用盐酸浸泡粉末活性炭12 24h，以去除活性炭表面的灰分、有机质，过滤后用90 100で的蒸馏水清洗，于10(Tl05°C下干燥6 12 h ； (2)常温下，将步骤(I)所得的活性炭注入强氧化性酸溶液中浸溃12 24h，静置，过滤，水洗至PH不变，将洗涤后的样品于10(T105°C干燥6 12 h ； (3)将步骤(2)所制得的活性炭与无机铁盐溶液混合，充分搅拌后，于11(T12(TC烘24^48 h直至水分完全蒸发，冷却至室温，去掉表层覆盖物，用蒸馏水洗去未负载的氧化鉄，直至水洗至无明显顔色且用硫氰酸钾溶液检验无红色为止，继续在10(T105°C下烘干，即得到富含铁氧化合物的高效除磷活性炭吸附剂。
2.如权利要求I所述的ー种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述粉末活性炭的原料比表面积为125(Tl410m2/g，孔容积为0. 8^1. 0cm3/g，平均孔径为2.0 3. 5 nm0
3.如权利要求I所述的ー种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述盐酸溶液pH为广3。
4.如权利要求I所述的ー种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述强氧化性酸溶液为硝酸、硫酸中的ー种；强氧化性酸溶液的质量含量为209^45%，与粉末活性炭的质量比为3:1飞I。
5.如权利要求I所述的ー种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述活性炭与无机铁盐的混合溶液PH为f 3。
6.如权利要求I所述的ー种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述无机铁盐为硫酸亚铁、氯化铁中的ー种。
7.如权利要求I所述的ー种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(3)中所用无机铁盐的摩尔浓度为0. ro. 5mol/L，与粉末活性炭的质量比为8: f 12:1。
全文摘要
本发明属于污水处理技术领域，具体为一种除磷载铁活性炭吸附剂的制备方法。其步骤如下先将粉末活性炭经盐酸浸泡后用水洗净，在100~105℃温度条件下干燥；再将所得的活性炭注入强氧化性酸溶液中浸渍，水洗，将洗涤后的样品干燥；最后将所制得的活性炭与无机铁盐溶液混合，搅拌，再烘干，冷却至室温，去掉表层覆盖物，用水洗去未负载的氧化铁，直至水洗至无明显颜色且用硫氰酸钾溶液检验无红色为止，继续烘干，即得到富含铁氧化合物的高效除磷活性炭吸附剂。本发明与现有技术相比，具有方法简单，制备条件温和，易于实现，可操作性强，对含磷废水的处理效率高，降低净化成本的优点。
文档编号B01J20/20GK102614854SQ20121009121
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者史沫, 李纪华, 杨沫, 王正芳, 郑正 申请人:复旦大学