專利名稱：一種可磁分離的竹炭基廢水處理劑、制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境納米新功能材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可磁分離的竹炭基廢水處理劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
竹炭是竹材受熱分解得到的主要固體產(chǎn)物，具有巨大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙、良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，在環(huán)保和工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用，如應(yīng)用于環(huán)保上，竹炭是一種良好的水質(zhì)凈化材料，能吸附水相 中無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物，能有效地去除廢水的色度和化學(xué)需氧量。與傳統(tǒng)使用的活性炭相比，具有來(lái)源廣、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)。但采用竹炭作為水處理劑，在實(shí)際應(yīng)用中分離和回收比較難，因?yàn)橛脗鹘y(tǒng)的過(guò)濾技術(shù)易引起篩網(wǎng)堵塞或竹炭流失。用磁分離技術(shù)具有省時(shí)、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)，而竹炭本身磁化率小，不適于磁分離。磁性納米粒子是近年來(lái)一種有發(fā)展前途的新型廢水處理材料，具有強(qiáng)磁性，易于分離和回收，但因其存在密度較大、吸附容量小等缺點(diǎn)，在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用也受到了限制。因此，通過(guò)復(fù)合材料制備技術(shù)，將磁性納米粒子填充到竹炭的螺層間，開(kāi)發(fā)可磁分離的竹炭基廢水處理劑對(duì)擴(kuò)大竹炭和磁性納米粒子的應(yīng)用范圍、降低吸附劑成本、提高吸附容量、促進(jìn)實(shí)用化推廣具有非常重要的意義。尤其是水污染越來(lái)越嚴(yán)重的今天，這類價(jià)格低廉、性能可靠、可用磁分離技術(shù)的廢水處理劑，必將具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種可用磁分離技術(shù)進(jìn)行分離回收的新型竹炭基廢水處理劑、制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種可磁分離的竹炭基廢水處理劑，該竹炭基廢水處理劑中竹炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-70%，飽和磁化強(qiáng)度為5 10 emu/g,比表面積為9(Tl30m2/g。上述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的制備方法，包括如下步驟
(1)將竹炭反復(fù)清洗，抽濾，干燥后破碎，得竹炭粉；
(2)準(zhǔn)確稱取二種或二種以上過(guò)渡金屬鹽，加入去離子水，配制得到混合溶液；
(3)將步驟(I)得到的竹炭粉超聲分散到步驟(2)配制的混合溶液中，經(jīng)超聲、攪拌至均勻，滴加沉淀劑至充分沉淀，調(diào)節(jié)體系的PH為7 10，加熱后恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)若干小時(shí)，靜置分層，減壓抽濾，得沉淀物；
(4)用O.1 "O. 2 mol/ L鹽酸溶液浸泡沉淀物f 2 h,抽濾，用去離子水反復(fù)洗滌至中性；真空干燥24 h，在20(T500 ° C燒結(jié)1 3 h，即得可磁分離的竹炭基廢水處理劑。進(jìn)一步地，步驟(I)所述竹炭清洗所用為去離子水、無(wú)水乙醇或乙醇和去離子水的混合物中的任一種，所得竹炭粉粒度為80-100目。進(jìn)一步地，步驟(2)中所述過(guò)渡金屬鹽為氯化物、硝酸鹽或硫酸鹽中的任一種，過(guò)渡金屬離子為 Fe3+、Cu2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Mn2+ 或 Zn2+中的任一種。進(jìn)一步地，步驟(3)中所述的沉淀劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中的任一種。進(jìn)一步地，步驟(3)中所述反應(yīng)的溫度為60-150 ° C，反應(yīng)時(shí)間為2-5 h。進(jìn)一步地，所得可磁分離的竹炭基廢水處理劑經(jīng)使用后通過(guò)下述方法再生
(1)將使用后的處理劑置于的有機(jī)溶劑或酸堿溶液中，超聲處理O.5^1 h，慢速攪拌廣2h，磁分離后過(guò)濾；
(2)固體物質(zhì)在電阻爐20(T500°C處理廣2 h，即得再生活化的可磁分離的竹炭基廢水處理劑。本發(fā)明所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑用于染料廢水、含氟廢水或重金屬離子廢水的處理。進(jìn)一步地，所述染料包括亞甲基藍(lán)、酸性紅或甲基橙中的任一種。進(jìn)一步地，所述重金屬離子為Cr (VI)、Pb2+或As (V)中的任一種。
本發(fā)明的有益效果如下
(I)本發(fā)明制備的廢水處理劑避開(kāi)了單一材料的缺點(diǎn)，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，既可解決竹炭的分離、回收困難等問(wèn)題，又可解決磁性納米粒子吸附容量小的問(wèn)題。(2)本發(fā)明方法采用超聲-共沉淀-高溫?zé)Y(jié)技術(shù)直接制備處理劑，避免了傳統(tǒng)復(fù)合材料制備中，先合成磁性納米粒子，再與竹炭復(fù)合的復(fù)雜過(guò)程，工藝簡(jiǎn)單。(3)本發(fā)明方法改性后的竹炭其表面結(jié)構(gòu)、組成及性能發(fā)生較大的變化，吸附能力相對(duì)于純竹炭和磁性納米粒子都有明顯的提高。與傳統(tǒng)法制備的廢水處理劑相比，比表面積較大，吸附性能更好。(4)本發(fā)明制備的廢水處理劑具有磁功能特性，可用磁分離技術(shù)方便地分離、回收吸附劑，實(shí)現(xiàn)吸附-磁分離-再生循環(huán)進(jìn)行，具有省時(shí)、安全、高效、價(jià)廉及可連續(xù)分離回收的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到環(huán)保與經(jīng)濟(jì)的目的。
具體實(shí)施例方式以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不受各實(shí)施例的限制。首先將竹炭用去離子水、無(wú)水乙醇或乙醇和去離子水的混合物中的任一種反復(fù)清洗，抽濾，干燥后破碎，得粒度為80-100目的竹炭粉，備用。本發(fā)明中，所得的處理劑對(duì)廢水處理效果的測(cè)試方法在若干個(gè)錐形瓶中倒入實(shí)驗(yàn)用廢水50 mL，用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)pH值，加入本發(fā)明中所得到的處理劑，超聲分散后，轉(zhuǎn)入慢速攪拌，磁分離沉降后，用傾析法分離出上層清液，用分光光度計(jì)測(cè)定水樣中染料的濃度或氟離子濃度或重金屬離子濃度，從而計(jì)算出去除率和吸附容量。實(shí)施例1 :
稱取9. 3 g經(jīng)處理過(guò)的竹炭粉超聲分散到IOOmL含13.75 g Fe (NO3) 3 · 9H20和4.95g Co (NO3)2 · 6H20溶液中，攪拌下滴加適量的1. O mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)pH = 9，升溫到100 ° C攪拌反應(yīng)2 h。靜置分層后減壓抽濾；用O.1 mol/L鹽酸溶液浸泡沉淀物2 h,抽濾，用去離子水反復(fù)洗滌至中性；80 ° C真空干燥24 h，將干燥后的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入坩堝中在300° C左右燒結(jié)2 h，即得CoFe2O4竹炭基廢水處理劑。將100 mg此處理劑加入到50 m L亞甲基藍(lán)濃度為150 mg /L, pH = 7的溶液中，超聲分散O. 5 h后，轉(zhuǎn)入慢速攪拌3 h,磁分離沉降后，上層清液用O. 45 μ m的濾膜過(guò)濾后進(jìn)行分光光度計(jì)測(cè)定。結(jié)果顯示本實(shí)施例所得到的處理劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附容量為37.3 mg /g，色度去除率49. 7 %。實(shí)施例2
稱取9. 3 g經(jīng)處理過(guò)的竹炭粉超聲分散到I OOmL含13.75 g Fe (NO3) 3 · 9H20和4.95g Co (NO3) 2 ·6Η20溶液中，攪拌下滴加適量的25 %氨水溶液調(diào)pH = 7，升溫到80 ° C攪拌反應(yīng)2 h。靜置分層后減壓抽濾；用去離子水反復(fù)洗滌至中性；80 ° C真空干燥24 h，300° C左右燒結(jié)2 h，即得CoFe2O4竹炭基廢水處理劑。將100 mg此處理劑加入到50 mL甲基橙濃度為50 mg /L , pH = 7的溶液中，其余按實(shí)施例1。結(jié)果顯示本實(shí)施例所得到的處理劑對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附容量為19.7 mg /g，色度去除率78. 6 %。實(shí)施例3
將6. O g竹炭粉超聲分散到100 mL含13. 99 g Fe (NO3) 3 · 9H20和4. 35 gMn(NO3)2 ·4Η20混合溶液中，攪拌下滴加I mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)pH = 10，升溫到90 ° C攪拌反應(yīng)3 h。靜置分層后減壓抽濾；用O. 2 mol/L鹽酸溶液浸泡沉淀物2 h,抽濾，用去離子水反復(fù)洗滌至中性；100 ° C真空干燥24 h，300 ° C左右燒結(jié)2 h，制得MnFe2O4竹炭基廢水處理劑。將100 mg此處理劑加入到50mL Cr(VI)濃度為10 mg /L, pH = 3的溶液中，其余按實(shí)施例1，結(jié)果顯示本實(shí)施例所得到的處理劑對(duì)Cr (VI)的吸附容量為4. 59mg /g，去除率 91. 7 %。實(shí)施例4
將 6. O g 竹炭粉超聲分散到 100 mL 含 13.49 g Fe (NO3)3 · 9H20 和 4.03 g Cu(NO3)2 · 3H20混合溶液中，攪拌下滴加一定量的氫氧化鈉溶液調(diào)pH = 10，升溫到100 ° C攪拌反應(yīng)2 h。靜置分層后減壓抽濾；用O. 2 mol/L鹽酸溶液浸泡按沉淀物2 h,抽濾，用去離子水反復(fù)洗滌至中性；80 ° C真空干燥24 h，300 ° C左右燒結(jié)2 h，制得CuFe2O4竹炭基廢水處理劑。將100 mg此處理劑加入到50mL酸性紅B濃度為100 mg/L，pH = 4的溶液中，按實(shí)施例1，結(jié)果顯示本實(shí)施例所得到的處理劑對(duì)酸性紅B的吸附容量為34.3 mg /g，去除率68. 5 %。實(shí)施例5
將 4. O g 竹炭粉超聲分散到 IOOmL 含 9.32 g FeCl3MH2O 和 3.43 g FeCl2 ·4Η20 混合溶液中，攪拌下滴加一定量的氫氧化鈉溶液調(diào)pH= 10,升溫到80 ° C攪拌反應(yīng)2 h。靜置分層后減壓抽濾；用無(wú)水乙醇和蒸餾水反復(fù)洗滌至中性；真空干燥24 h，200 ° C左右燒結(jié)2 h，制得Fe3O4竹炭基廢水處理劑。將此處理劑100 mg加入到50 mL F—濃度為20 mg/L, pH = 7的溶液中，其余按實(shí)施例1，結(jié)果顯示本實(shí)施例所得到的處理劑對(duì)F—的吸附容量為8. 98mg /g,去除率90. O %。實(shí)施例6
將 6. O g竹炭粉超聲分散到 IOOmL含 13. 44 g Fe (NO3) 3 ·9Η20、2· 47 g Zn (Ν03)2·6Η20和2. Ol g Cu (N03)2 · 3H20混合溶液中，攪拌下滴加滴加適量的25%氨水溶液調(diào)pH = 10，升溫到120 ° C反應(yīng)4 h。靜置分層后減壓抽濾；用O.1 mol/L鹽酸溶液浸泡按沉淀物2h,抽濾，用去離子水反復(fù)洗滌至中性；80 ° C真空干燥24 h，300 ° C左右燒結(jié)2 h，制得Cua5Zna5Fe2O4竹炭基廢水處理劑。將此處理劑IOOmg加入到50 mL As (V)濃度為70 mg/L, pH = 6的溶液中,其余按實(shí)施例1,結(jié)果顯示本實(shí)施例所得到的處理劑對(duì)As (V)的吸附容量為29. 9 mg /g，去除率85. 4 %。以上各實(shí)施例所得可磁分離的竹炭基廢水處理劑，當(dāng)其中竹炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-70%時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度為5 10 emu/g,比表面積為9(Tl30 m2/g，處理的吸附量達(dá)到最大。該可磁分離的竹炭基廢水處理劑經(jīng)使用后通過(guò)下述方法再生
(1)將使用后的處理劑置于有機(jī)溶劑或酸堿溶液中，超聲處理O.5 1 h，慢速攪拌廣2h，磁分離后過(guò)濾；
(2)固體物質(zhì)在電阻爐20(T500°C處理廣2 h，即得再生活化的可磁分離的竹炭基廢水處理劑。
權(quán)利要求
1.一種可磁分離的竹炭基廢水處理劑，其特征在于該竹炭基廢水處理劑中竹炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-70%，飽和磁化強(qiáng)度為5 10 emu/g，比表面積為90 130 m2/g。
2.一種如權(quán)利要求1所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的制備方法，其特征在于它包括如下步驟(1)將竹炭反復(fù)清洗，抽濾，干燥后破碎，得竹炭粉；(2)準(zhǔn)確稱取二種或二種以上過(guò)渡金屬鹽，加入去離子水，配制得到混合溶液；(3)將步驟(I)得到的竹炭粉超聲分散到步驟(2)配制的混合溶液中，經(jīng)超聲、攪拌至均勻，滴加沉淀劑至充分沉淀，調(diào)節(jié)體系的PH為7 10，加熱后恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)若干小時(shí)，靜置分層，減壓抽濾，得沉淀物；(4)用O.1 "O. 2 mol/ L鹽酸溶液浸泡沉淀物f 2 h,抽濾，用去離子水反復(fù)洗滌至中性；真空干燥24 h，在20(T500 ° C燒結(jié)廣3 h，即得可磁分離的竹炭基廢水處理劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的制備方法，其特征在于步驟(1)所述竹炭清洗所用為去離子水、無(wú)水乙醇或乙醇和去離子水的混合物中的任一種，所得竹炭粉粒度為80-100目。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述過(guò)渡金屬鹽為氯化物、硝酸鹽或硫酸鹽中的任一種，過(guò)渡金屬離子為Fe3+、Cu2+、Ni2+、Fe2+、Co2+ 'Mn2+ 或 Zn2+中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的沉淀劑為氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述反應(yīng)的溫度為60-150 ° C，反應(yīng)時(shí)間為2-5 h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的制備方法，其特征在于所得可磁分離的竹炭基廢水處理劑經(jīng)使用后通過(guò)下述方法再生(1)將使用后的處理劑置于有機(jī)溶劑或酸堿溶液中，超聲處理O.5 1 h，慢速攪拌廣2h，磁分離后過(guò)濾；(2)固體物質(zhì)在電阻爐20(T500°C處理廣2 h，即得再生活化的可磁分離的竹炭基廢水處理劑。
8.—種如權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑用于染料廢水、含氟廢水或重金屬離子廢水的處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的應(yīng)用，其特征在于所述染料包括亞甲基藍(lán)、酸性紅或甲基橙中的任一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述可磁分離的竹炭基廢水處理劑的應(yīng)用，其特征在于所述重金屬離子為Cr (VI)、Pb2+或As (V)中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可磁分離的竹炭基廢水處理劑，該處理劑的飽和磁化強(qiáng)度為5~10emu/g，比表面積為90~130m2/g。通過(guò)如下步驟制備(1)竹炭清洗，抽濾，干燥后破碎，得竹炭粉；(2)稱取二種或二種以上過(guò)渡金屬鹽，加去離子水，配制得混合溶液；(3)竹炭粉分散到混合溶液中，經(jīng)超聲、攪拌均勻，滴加沉淀劑沉淀，調(diào)pH為7~10，加熱后恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)，靜置分層，減壓抽濾，得沉淀物；(4)用鹽酸溶液浸泡沉淀物,抽濾，洗滌至中性；干燥，燒結(jié)。本發(fā)明用于染料廢水、含氟廢水或重金屬離子廢水的處理，比表面積大，吸附性能好，省時(shí)、安全、高效、價(jià)廉、可連續(xù)分離回收，環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，工藝簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)B01J20/20GK103007881SQ201210525060
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者許青青, 徐天有 申請(qǐng)人:衢州學(xué)院