一种磁性炭基吸附剂及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁性炭基吸附剂的制备方法和应用。粉末活性炭先进行预处理；然后将Fe2+、Fe3+的可溶性盐配成溶液，按照比例混合；按粉末活性炭质量与Fe离子质量比例，加入预处理后的粉末活性炭；加入配合剂和分散剂，吸附饱和后，升温；随后用碱溶液作为沉淀剂，调节pH值沉淀出磁性粉末活性炭，并陈化、静置；最后用蒸馏水洗涤，经过抽滤、烘干制备出磁性炭基吸附剂。经本发明制备的磁性粉末活性炭，能显著提高吸附性能，且便于使用后的固液分离，利于回收利用，减少了炭流失。
【专利说明】一种磁性炭基吸附剂及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吸附剂，尤其涉及一种磁性炭基吸附剂及应用。
技术背景
[0002]我国是农业大国，农资产品一直发展迅速，不仅仅在国内市场占据绝对的主要地位，在国外市场也开始崭露头角。但伴随着农药行业的迅速发展，产生的农药废水不仅年排放量大，而且污染物浓度高、毒性大、成份复杂、有恶臭，水质水量波动性大，严重破坏生态环境，并严重威胁着饮用水安全和人民生命健康。
[0003]农药废水经过预处理和生化处理后，其尾水污染物成分仍然十分复杂。面对行业提标改造、中水回用的环保压力，迫切需求经济有效的深度处理技术。通常的尾水深度处理与回用技术除生态的方法外，主要有膜分离技术(超滤、反渗透等)、氧化技术(臭氧氧化、电化学氧化、Fenton氧化、光化学氧化等)、吸附技术(活性炭吸附、树脂吸附等)等。膜分离技术是一种相对成熟的尾水深度处理与回用技术，但无论是内置式还是外置式装置，设备投资大、运行成本高、效率低，膜浓缩液造成二次污染，导致该技术难以广泛应用。氧化技术能有效降低有机工业废水尾水的C0D，但由于经过物化预处理和生化处理后废水的COD较低，氧化的有效性和处理效率都较差，处理成本偏高。吸附技术是一种相对经济而有效的技术，可适应大多数有机工业废水深度处理与回用的要求，但由于传统的吸附剂存在吸附易饱和、难回收利用与再生等问题，严重制约了该技术在尾水深度处理方面的应用。
[0004]目前在废水处理中常用的吸附剂有:活性炭、磺化煤、活性白土、硅藻土、活性氧化铝、活性沸石、焦炭、树脂吸附剂、炉渣、木屑、煤灰、腐殖酸等，其中以活性炭最为常见。活性炭按其外观形状分，可分为粉末活性炭、颗粒活性炭、圆柱形活性炭和球形活性炭等。粉状炭在使用时有吸附速度较快，吸附能力使用充分等优点，但粉状炭使用后固液分离困难，不便回收，导致其流失严重，因此需专有的分离方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对粉末活性炭难固液分离、不便回收利用的缺陷，提供一种磁性炭基吸附剂，本发明的另一目的是提供上述吸附剂的用途。
[0006]本发明的技术方案为:一种磁性炭基吸附剂，其特征在于由以下方法制备得到，其具体步骤如下:(a)粉末活性炭的预处理:将粉末活性浸泡于硝酸溶液中，蒸馏水清洗，然后放入沸水中煮沸，再用蒸馏水清洗，经抽滤、洗涤、干燥后放入干燥器中备用；(b)将Fe2+和Fe3+的可溶性盐配成溶液，按照摩尔比为1:1.5?1:2.5比例混合，然后配成铁离子溶液，Fe2+和Fe3+质量浓度为2.98%?3.45% ；(c)在步骤(b)的铁离子溶液中加入预处理后的粉末活性炭，再加入配合剂和分散剂；(d)在保护气氛下吸附饱和后，升温；用碱溶液作为沉淀剂，调节PH值沉淀出磁性粉末活性炭，陈化、静置；(e)蒸馏水洗涤、再抽滤、烘干，即得到磁性炭基吸附剂。
[0007]优选步骤(a)所述将粉末活性浸泡于硝酸溶液中时间为18?24小时；两次蒸馏水清洗至pH值均为6.8?7.2 ;硝酸溶液浓度为0.0lmL/L?0.05mL/L ;酸洗和水洗的固液比均为1:10 (g/mL)?1:30 (g/mL);煮沸的时间为I?3h。
[0008]优选步骤(b)中所述Fe2+可溶性盐为FeSO4或者FeCl2 ；Fe3+的可溶性盐为FeCl3、Fe2 (SO4) 3 或者 Fe (NO3) 3。
[0009]优选步骤(C)中加入的粉末活性炭质量与Fe2+和Fe3+离子总质量比例为:0.69:1?4.83:1 ;所述的配合剂为柠檬酸；配合剂加入的质量与步骤(b)配制的铁离子溶液的体积比为0.1?0.3g/100mL ;所述的分散剂为聚乙二醇；分散剂加入的质量与步骤(b)配制的铁离子溶液的体积比为:0.1?0.3mL/100mL。
[0010]优选步骤(d)中所述的保护氛为氮气；吸附时间为3?5h ;升温至60?80°C ;碱溶液为NaOH或者KOH溶液；调节pH至8?10 ;碱溶液的浓度为2?4mol/L ;陈化时间为2?4h，静置时间为12?16h。
[0011]优选步骤(e)中用蒸馏水洗涤3?4次，直至ρΗ=6.8?7.2 ;烘干温度为50?70°C，烘干时间为8?12h。
[0012]本发明还提供了上述的磁性炭基吸附剂在水处理中的应用。尤其是在吸附污废水中常见的农药物质、芳香族物质、重金属离子或富营养化水体中的磷中的应用；所述的农药物质优选为草甘膦或吡虫啉。
[0013]有益效果:
[0014](I)本发明制备的磁性炭基吸附剂赋有磁性，便于固液分离，易于回收和再利用。
[0015](2)本发明制备磁性粉末活性炭的反应温度低，不会破坏活性炭的结构，确保了其吸附性能；另外，在粉末活性炭上加上磁性后，会减少粉末活性炭的流失。
[0016](3)经本发明方法制备的磁性炭基吸附剂与原活性炭相比，吸附性能有显著的提闻。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
[0018]制备:(I)将50g粉末活性浸泡于1000mL、0.0lmL/L硝酸溶液中24小时，蒸馏水清洗至PH值为7 ;将酸洗后的活性炭放入IOOOmL沸水中煮沸3h，用蒸馏水反复清洗至pH值为7.2 ;水洗后的活性炭经抽滤、洗涤、干燥后放入干燥器中备用；(2)将FeCl3.6H20和FeCl2按照1:1.5的摩尔比配成铁离子质量浓度为3.45%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭质量与Fe离子质量比例为1.38:1加入预处理后的粉末活性炭；再加入0.1g的柠檬酸和
0.2mL的聚乙二醇；(4)在氮气保护氛围下吸附4h，升温至60°C，滴加4mol/L的NaOH溶液调节pH至9 ;维持此温度，陈化2h，静置16h ; (5)蒸馏水洗涤4次，直至pH=6.8，抽滤后放入烘箱中，于60°C下烘干10h，即得到磁性炭基吸附剂。
[0019]吸附性能:对于250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，于25°C下在恒温水浴振荡器中以130r/min的速度振荡，振荡14h后，草甘膦的浓度去除率高达96.98%，磁性粉末活性炭的吸附量为48.49mg/g ;而相同条件下，原粉末活性炭对草甘膦的吸附，其浓度去除率仅31.7%，原粉末活性炭的吸附量为15.85mg/g。
[0020]实施例2
[0021]制备:(I)将50g粉末活性浸泡于1500mL、0.03mL/L硝酸溶液中20小时，蒸馏水清洗至pH值为7.2 ;将酸洗后的活性炭放入1500mL沸水中煮沸lh，用蒸馏水反复清洗至pH值为6.8 ;水洗后的活性炭经抽滤、洗涤、干燥后放入干燥器中备用；(2)将Fe2 (SO4)3和FeCl2按照1:2的摩尔比配成铁离子质量浓度为3.22%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭质量与Fe离子质量比例为0.69:1加入预处理后的粉末活性炭；再加入0.2g的柠檬酸和0.3mL的聚乙二醇；(4)在氮气保护氛围下吸附3h，升温至70°C，滴加2mol/L的KOH溶液调节pH至10 ;维持此温度，陈化3h，静置14h ; (5)蒸馏水洗涤4次，直至pH=7，抽滤后放入烘箱中，于70°C下烘干8h，即得到磁性炭基吸附剂。 [0022]吸附性能:对于250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，于25°C下在恒温水浴振荡器中以130r/min的速度振荡，振荡12h后，草甘膦的浓度去除率达到79.17%，磁性粉末活性炭的吸附量为39.59mg/g ;而相同条件下，原粉末活性炭对草甘膦的吸附，其浓度去除率仅31.7%，原粉末活性炭的吸附量为15.85mg/g。
[0023]实施例3
[0024]制备:(I)将50g粉末活性浸泡于500mL、0.05mL/L硝酸溶液中18小时，蒸馏水清洗至PH值为6.8 ;将酸洗后的活性炭放入500mL沸水中煮沸2h，用蒸馏水反复清洗至pH值为7;水洗后的活性炭经抽滤、洗涤、干燥后放入干燥器中备用；(2)将Fe (N03)3*9H20和FeSO4 ? 7H20按照1:2.5的摩尔比配成铁离子质量浓度为2.98%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭质量与Fe离子质量比例为4.83:1加入预处理后的粉末活性炭；再加入0.3g的柠檬酸和0.1mL的聚乙二醇；(4)在氮气保护氛围下吸附5h，升温至80°C，滴加3mol/L的NaOH溶液调节PH至8 ;维持此温度，陈化4h，静置12h ; (5)蒸馏水洗涤3次，直至pH=7.2，抽滤后放入烘箱中，于50°C下烘干12h，即得到磁性炭基吸附剂。
[0025]吸附性能:对于250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，于25°C下在恒温水浴振荡器中以130r/min的速度振荡，振荡12h后，草甘膦的浓度去除率达到66.74%，磁性粉末活性炭的吸附量为33.37mg/g ;而相同条件下，原粉末活性炭对草甘膦的吸附，其浓度去除率仅31.7%，原粉末活性炭的吸附量为15.85mg/g。
【权利要求】
1.一种磁性炭基吸附剂，其特征在于由以下方法制备得到，其具体步骤如下:(a)粉末活性炭的预处理:将粉末活性浸泡于硝酸溶液中，蒸馏水清洗，然后放入沸水中煮沸，再用蒸馏水清洗，经抽滤、洗涤、干燥后放入干燥器中备用；(b)将Fe2+和Fe3+的可溶性盐配成溶液，按照摩尔比为1: 1.5?1:2.5比例混合，然后配成铁离子溶液，Fe2+和Fe3+质量浓度为2.98%?3.45% ; (c)在步骤(b)的铁离子溶液中加入预处理后的粉末活性炭，再加入配合剂和分散剂；(d)在保护气氛下吸附饱和后，升温；用碱溶液作为沉淀剂，调节pH值沉淀出磁性粉末活性炭，陈化、静置；(e)蒸馏水洗涤、再抽滤、烘干，即得到磁性炭基吸附剂。
2.根据权利要求1所述的磁性炭基吸附剂，其特征在于步骤(a)所述将粉末活性浸泡于硝酸溶液中时间为18?24小时；两次蒸馏水清洗至pH值均为6.8?7.2 ;硝酸溶液浓度为0.0lmL/L?0.05mL/L ;酸洗和水洗的固液比均为1:10 (g/mL)?1:30 (g/mL);煮沸的时间为I?3h。
3.根据权利要求1所述的磁性炭基吸附剂，其特征在于步骤(b)中所述Fe2+可溶性盐为 FeSO4 或者 FeCl2 ；Fe3+ 的可溶性盐为 FeCl3' Fe2 (SO4)3 或者 Fe (NO3) 3。
4.根据权利要求1所述的磁性炭基吸附剂，其特征在于步骤(c)中加入的粉末活性炭质量与Fe2+和Fe3+离子总质量比例为:0.69:1?4.83:1 ;所述的配合剂为柠檬酸；配合剂加入的质量与步骤(b)配制的铁离子溶液的体积比为0.1?0.3g/100mL ;所述的分散剂为聚乙二醇；分散剂加入的质量与步骤(b)配制的铁离子溶液的体积比为:0.1?0.3mL/100mL。
5.根据权利要求1所述的磁性炭基吸附剂，其特征在于步骤(d)中所述的保护氛为氮气；吸附时间为3?5h ;升温至60?80°C ;碱溶液为NaOH或者KOH溶液；调节pH至8?10 ;碱溶液的浓度为2?4mol/L ;陈化时间为2?4h，静置时间为12?16h。
6.根据权利要求1所述的磁性炭基吸附剂，其特征在于步骤(e)中用蒸馏水洗涤3?4次，直至pH=6.8?7.2 ;烘干温度为50?70°C，烘干时间为8?12h。
7.一种如权利要求1所述的磁性炭基吸附剂在水处理中的应用。
【文档编号】B01J20/20GK103611496SQ201310561430
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】徐炎华, 周辉, 于鹏 申请人:南京工业大学