一种褐煤基磁性活性炭的制备方法及废水处理方法

1.本发明涉及工业废水处理技术领域，具体涉及一种褐煤基磁性活性炭的制备方法及其在重金属离子废水处理中的应用。


背景技术：

2.随着工农业的迅速发展，由铅、铁、钴、铜、镍、铬、镉等重金属离子造成的水体污染已成为近年来危害最大的水体污染问题之一。重金属离子在水环境中能够稳定存在，不能被降解和破坏，而且重金属离子在人体内的累积量达到一定限值后，会带来中枢神经系统被破坏，发育障碍和神经行为障碍等一系列健康问题。因此妥善处理含重金属离子废水不但能够解决水污染问题，而且对废水污染导致人类健康问题的妥善解决具有重要价值。目前，去除污水中重金属离子的方法主要包括传统的化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜过滤法、氧化还原法、生物法等，其中吸附法的应用最为广泛。而现阶段的研究主要集中在试剂制备合成吸附剂，造价成本普遍较高，且吸附效果不佳。
3.中国专利111318255a公开了一种磁性氧化石墨烯复合材料，通过将六水三氯化铁、醋酸钠、表面活性剂、乙二醇和氧化石墨烯进行反应，反应后得到fe3o4@go；将所述fe3o4@go与亚铁盐水溶液以及丙烯酸混合后得到混合溶液，将所述混合溶液超声分散后通入惰性气体并进行辐照处理；对所述辐照处理后的产物进行磁性分离、洗涤和干燥，得到磁性氧化石墨烯复合材料。本发明的磁性氧化石墨烯复合材料可增加go的吸附位点，以提高其与重金属离子的吸附效果，但该吸附剂的制备成本过高，工艺十分复杂且过程不易控制。
4.中国专利113262764a发明了一种由纳米纤维素和纳米零价铁组成的三维网状结构的铁基纤维素纳米复合材料。该材料对重金属吸附及还原能力高、可以有效去除水环境中的重金属离子，但该吸附剂的制备成本高，工艺较复杂。
5.中国专利113244888a发明了一种提供的是利用镁离子对脱矿煤样进行改性的褐煤基吸附材料，可以形成更多的吸附有机染料的活性位点，进而提高了褐煤基吸附材料对有机染料的吸附性能，改性的褐煤基吸附材料的吸附量可以达到95.56mg/g，但其吸附效果还是不太理想。
6.因此，开发低成本和高效能的吸附剂用以吸附工业废水中的重金属离子具有重要意义。
7.褐煤是一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。由于优质煤几乎被采空，褐煤已成为我国主要使用的煤，但由于褐煤的煤化程度太低，燃烧时会有大量的黑灰飘在空中，如果不经过洗煤处理和提炼，大量使用劣势褐煤会导致我国雾霾问题日益严重。因此，实现褐煤的资源化、高效、高附加值利用对于提升其应用价值具有重要的应用前景。与其他原料相比，煤炭资源来源广泛、价格低廉，以煤制备的煤基活性炭机械强度大、化学稳定性高。目前，本发明提出利用褐煤为原料制备一种对重金属离子具有优异吸附性能、制备方法简单、制备成本低的煤基活性炭制备方法，且实现褐煤的高附加值利用。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种褐煤基磁性活性炭的制备方法，以褐煤为原料，采用化学活化手段进行催化热解制备煤基活性炭的制备方法及所制备的煤基活性炭作为吸附剂高效吸附废水中重金属离子的吸附方法，该方法简单，获得的吸附剂吸附性能高。
9.为解决上述技术问题，本发明提供一种褐煤基磁性活性炭的制备方法，其包括：
10.第一步，褐煤预处理，获得褐煤煤粉；
11.第二步，浸渍混合，将褐煤煤粉与铁基活化剂混合；
12.第三步，干燥、研磨；
13.第四步，高温热解；
14.第五步，干燥处理。
15.其中，所述第一步进一步具体为将褐煤放入烘箱中进行干燥处理，干燥温度为60℃～80℃，干燥时间12～24h，烘干后的褐煤破碎、研磨处理。
16.所述第二步进一步具体为将第一步筛分的褐煤煤粉与铁基活化剂混合，加入去离子水，搅拌使其充分混匀。
17.其中，褐煤煤粉与铁基活化剂的质量比为1:(0.2～3)。
18.其中，所述铁基活化剂是铁盐，铁氧化物等铁基化合物中的一种或者两种及两种以上的混合物。
19.其中，所述第三步进一步具体为将第二步搅拌后得到的混合料放到在鼓风干燥箱中干燥12～24h，干燥温度为100℃～120℃，干燥后再进行研磨。
20.其中，所述第四步进一步具体为将第三步得到的粉末状的混合料加入到热解反应器中进行高温热解，热解温度为以2～10℃/min的升温速率，升温至700～1000℃，并恒温反应0.5～5h。
21.其中，所述第五步进一步具体为将第四步得到的热解产物放入烘箱进行干燥处理，干燥后，得到磁性活性炭。
22.本发明还提供一种含有重金属离子废水的处理方法，其包括：
23.将本发明提供的磁性活性炭放入废水中，在15℃～40℃的条件下恒温震荡0.5～12h，静置一段时间，过滤。
24.其中，所述重金属离子包括铅，铁，钴，铜，镍，铬，镉中的一种或多种。
25.本发明的有益效果
26.(1)本发明采用褐煤作为主要原料，使其原料成本大幅降低，同时制备工艺简易，节约了吸附剂的制造成本，并且实现了褐煤高附加值利用；
27.(2)本发明制备的吸附剂可吸附铅，铁，钴，铜，镍，铬，镉等离子，吸附效果明显；
28.(3)本发明中的磁性活性炭的制备工艺简单，吸附效果明显，成本低廉，拓宽了磁吸附材料的应用范围，具有广泛的应用前景；
29.(4)本发明中的磁性活性炭对铅离子的最大吸附量可达1219.26mg/l，优于常规吸附剂吸附效果。
附图说明
30.图1是本发明的实施例1的方法合成的磁性活性炭的氮气吸附测试。
31.图2是本发明的实施例1的方法合成的磁性活性炭的红外光谱图。
32.图3是本发明的实施例1的方法合成的磁性活性炭对不同初始浓度铅离子溶液的吸附测试曲线。
具体实施方式
33.本发明提供一种褐煤基磁性活性炭的制备方法，其包括：
34.第一步，褐煤预处理，获得褐煤煤粉；
35.第二步，浸渍混合，将褐煤煤粉与铁基活化剂混合；
36.第三步，干燥、研磨；
37.第四步，高温热解；
38.第五步，干燥处理。
39.所述第一步进一步具体为将褐煤放入烘箱中进行干燥处理，干燥温度为60℃～80℃，干燥时间12～24h，烘干后的褐煤破碎、研磨处理，筛分得到50～200目的褐煤煤粉。
40.所述第二步进一步具体为将第一步筛分的褐煤煤粉与铁基活化剂混合，加入去离子水，搅拌12～24h使其充分混匀，褐煤煤粉与铁基活化剂的质量比为1:(0.2～3)，铁基活化剂可以是铁盐，铁氧化物等铁基化合物中的一种或者两种及两种以上的混合物。
41.所述第三步进一步具体为将第二步搅拌后得到的混合料放到在鼓风干燥箱中干燥12～24h，干燥温度为100℃～120℃，干燥后再进行研磨，得到粉末状的混合料。
42.所述第四步进一步具体为将第三步得到的粉末状的混合料加入到热解反应器中进行高温热解，热解温度为以2～10℃/min的升温速率，升温至700～1000℃，并恒温反应0.5～5h，待热解反应器冷却至室温后，取出热解产物。
43.所述第五步进一步具体为将第四步得到的热解产物放入烘箱进行干燥处理，干燥后，得到磁性活性炭。
44.本发明还提供一种含有重金属离子废水的处理方法，其包括：
45.将本发明提供的磁性活性炭放入废水中，在15℃～40℃的条件下恒温震荡0.5～12h，静置一段时间，过滤。
46.所述重金属离子包括铅，铁，钴，铜，镍，铬，镉中的一种或多种。
47.以本发明方法所制备的褐煤基磁性活性炭作为吸附剂，对含铅，铁，钴，铜，镍，铬，镉等重金属离子溶液进行吸附试验，其特征在于，所用吸附剂为采用权利要求1～5所述的褐煤基磁性活性炭制备方法制备而成。所制备的褐煤基磁性活性炭表现出优于常规的吸附剂吸附性能，尤其对重金属铅离子吸附量达到1219.26mg/l，对铅、铁、钴、铜、镍、铬、镉离子去除率均在98％以上。
48.以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
49.实施例1
50.在本实施例中，一种以褐煤为原料利用化学活化手段合成具有优异重金属离子吸附性能的磁性活性炭的制备方法，其所述方法为：以褐煤和铁基活化剂为原料经过干燥、浸渍蒸干、热解等工艺流程后，得到磁性活性炭。所述制备方法包括如下步骤：
51.将褐煤放入80℃烘箱中进行干燥处理24h，将烘干后的褐煤破碎、研磨筛分得到
200目的褐煤煤粉；分别称取10g褐煤煤粉(200目)和15g氯化铁与高铁酸钾的混合物混合，并加入去离子水进行搅拌，所加去离子水体积与固体混合物料质量的比为2：1，将搅拌后混合料放到120℃烘箱中干燥12h，将干燥后的混合物料转移至热解反应器中，以10℃/min的速率升温至1000℃恒温反应3h，待热解完毕自然冷却至室温，取出热解产物，置于80℃烘箱进行干燥处理12h，干燥后，即可得到褐煤基磁性活性炭。
52.实施例2
53.将褐煤放入80℃烘箱中进行干燥处理24h，将烘干后的褐煤破碎、研磨筛分得到200目的褐煤煤粉；称取10g褐煤煤粉(200目)，并加入去离子水进行搅拌，所加去离子水体积与固体混合物料质量的比为2：1，将搅拌后混合料放到100℃烘箱中干燥12h，将干燥后的混合物料转移至热解反应器中，以10℃/min的速率升温至1000℃恒温反应3h，待热解完毕自然冷却至室温，取出热解产物，置于80℃烘箱进行干燥处理12h，干燥后，即可得到褐煤基磁性活性炭。
54.实施例3
55.将褐煤放入80℃烘箱中进行干燥处理24h，将烘干后的褐煤破碎、研磨筛分得到200目的褐煤煤粉；分别称取10g褐煤煤粉(200目)和2.5g氯化铁混合，并加入去离子水进行搅拌，所加去离子水体积与固体混合物料质量的比为2：1，将搅拌后混合料放到120℃烘箱中干燥24h，将干燥后的混合物料转移至热解反应器中，以10℃/min的速率升温至1000℃恒温反应3h，待热解完毕自然冷却至室温，取出热解产物，置于80℃烘箱进行干燥处理12h，干燥后，即可得到褐煤基磁性活性炭。
56.实施例4
57.将本发明中上述具体实施例1～2制备得到的磁性活性炭进行重金属离子吸附性能测试：
58.配制质量浓度为100mg/l的pb
2+
、fe
3+
、co
2+
、cu
2+
、cr
3+
、ni
2+
、cd
2+
溶液，溶液的ph标定为5，每种溶液量取10ml然后分别加入10mg本发明中制备的磁性活性炭，在25℃条件下恒温震荡12h，静置一段时间，然后过滤，取滤液测定吸附前后溶液中每种离子浓度变化。得到吸附量如表1所示。
59.表1磁性活性炭对不同重金属离子的吸附性能
60.吸附量(mg/l)pb
2+
fe
3+
co
2+
cu
2+
cr
3+
ni
2+
cd
2+
实施例1146.99116.7142.790.98125.5123.4122.96实施例2115.0514.1139.4423.167.5132.6423.79
61.从表1中可以看出，实施例2不加入铁基活化剂的条件下制备的活性炭吸附效果差于实施例1，随着铁基活化剂的加入，所制备的磁性活性炭对各种重金属离子的吸附效果明显增加。
62.图一是本发明的实施例1的方法合成的磁性活性炭的氮气吸附测试结果；图二是本发明的实施例1的方法合成的磁性活性炭的红外光谱图；图三是本发明的实施例1的方法合成的磁性活性炭对不同初始浓度铅离子溶液的吸附测试。
63.所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
64.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。