一種磁性炭基吸附劑及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磁性炭基吸附劑的制備方法和應(yīng)用。粉末活性炭先進(jìn)行預(yù)處理；然后將Fe2+、Fe3+的可溶性鹽配成溶液，按照比例混合；按粉末活性炭質(zhì)量與Fe離子質(zhì)量比例，加入預(yù)處理后的粉末活性炭；加入配合劑和分散劑，吸附飽和后，升溫；隨后用堿溶液作為沉淀劑，調(diào)節(jié)pH值沉淀出磁性粉末活性炭，并陳化、靜置；最后用蒸餾水洗滌，經(jīng)過(guò)抽濾、烘干制備出磁性炭基吸附劑。經(jīng)本發(fā)明制備的磁性粉末活性炭，能顯著提高吸附性能，且便于使用后的固液分離，利于回收利用，減少了炭流失。
【專利說(shuō)明】一種磁性炭基吸附劑及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸附劑，尤其涉及一種磁性炭基吸附劑及應(yīng)用。
技術(shù)背景
[0002]我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)資產(chǎn)品一直發(fā)展迅速，不僅僅在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)的主要地位，在國(guó)外市場(chǎng)也開(kāi)始嶄露頭角。但伴隨著農(nóng)藥行業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生的農(nóng)藥廢水不僅年排放量大，而且污染物濃度高、毒性大、成份復(fù)雜、有惡臭，水質(zhì)水量波動(dòng)性大，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，并嚴(yán)重威脅著飲用水安全和人民生命健康。
[0003]農(nóng)藥廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理和生化處理后，其尾水污染物成分仍然十分復(fù)雜。面對(duì)行業(yè)提標(biāo)改造、中水回用的環(huán)保壓力，迫切需求經(jīng)濟(jì)有效的深度處理技術(shù)。通常的尾水深度處理與回用技術(shù)除生態(tài)的方法外，主要有膜分離技術(shù)(超濾、反滲透等)、氧化技術(shù)(臭氧氧化、電化學(xué)氧化、Fenton氧化、光化學(xué)氧化等)、吸附技術(shù)(活性炭吸附、樹(shù)脂吸附等)等。膜分離技術(shù)是一種相對(duì)成熟的尾水深度處理與回用技術(shù)，但無(wú)論是內(nèi)置式還是外置式裝置，設(shè)備投資大、運(yùn)行成本高、效率低，膜濃縮液造成二次污染，導(dǎo)致該技術(shù)難以廣泛應(yīng)用。氧化技術(shù)能有效降低有機(jī)工業(yè)廢水尾水的C0D，但由于經(jīng)過(guò)物化預(yù)處理和生化處理后廢水的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(shù)是一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)而有效的技術(shù)，可適應(yīng)大多數(shù)有機(jī)工業(yè)廢水深度處理與回用的要求，但由于傳統(tǒng)的吸附劑存在吸附易飽和、難回收利用與再生等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了該技術(shù)在尾水深度處理方面的應(yīng)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(shù)脂吸附劑、爐渣、木屑、煤灰、腐殖酸等，其中以活性炭最為常見(jiàn)?；钚蕴堪雌渫庥^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(shí)有吸附速度較快，吸附能力使用充分等優(yōu)點(diǎn)，但粉狀炭使用后固液分離困難，不便回收，導(dǎo)致其流失嚴(yán)重，因此需專有的分離方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)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(fā)明的另一目的是提供上述吸附劑的用途。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種磁性炭基吸附劑，其特征在于由以下方法制備得到，其具體步驟如下:(a)粉末活性炭的預(yù)處理:將粉末活性浸泡于硝酸溶液中，蒸餾水清洗，然后放入沸水中煮沸，再用蒸餾水清洗，經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后放入干燥器中備用；(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，然后配成鐵離子溶液，F(xiàn)e2+和Fe3+質(zhì)量濃度為2.98%?3.45% ；(c)在步驟(b)的鐵離子溶液中加入預(yù)處理后的粉末活性炭，再加入配合劑和分散劑；(d)在保護(hù)氣氛下吸附飽和后，升溫；用堿溶液作為沉淀劑，調(diào)節(jié)PH值沉淀出磁性粉末活性炭，陳化、靜置；(e)蒸餾水洗滌、再抽濾、烘干，即得到磁性炭基吸附劑。
[0007]優(yōu)選步驟(a)所述將粉末活性浸泡于硝酸溶液中時(shí)間為18?24小時(shí)；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(shí)間為I?3h。
[0008]優(yōu)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(yōu)選步驟(C)中加入的粉末活性炭質(zhì)量與Fe2+和Fe3+離子總質(zhì)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(zhì)量與步驟(b)配制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(zhì)量與步驟(b)配制的鐵離子溶液的體積比為:0.1?0.3mL/100mL。
[0010]優(yōu)選步驟(d)中所述的保護(hù)氛為氮?dú)?；吸附時(shí)間為3?5h ;升溫至60?80°C ;堿溶液為NaOH或者KOH溶液；調(diào)節(jié)pH至8?10 ;堿溶液的濃度為2?4mol/L ;陳化時(shí)間為2?4h，靜置時(shí)間為12?16h。
[0011]優(yōu)選步驟(e)中用蒸餾水洗滌3?4次，直至ρΗ=6.8?7.2 ;烘干溫度為50?70°C，烘干時(shí)間為8?12h。
[0012]本發(fā)明還提供了上述的磁性炭基吸附劑在水處理中的應(yīng)用。尤其是在吸附污廢水中常見(jiàn)的農(nóng)藥物質(zhì)、芳香族物質(zhì)、重金屬離子或富營(yíng)養(yǎng)化水體中的磷中的應(yīng)用；所述的農(nóng)藥物質(zhì)優(yōu)選為草甘膦或吡蟲啉。
[0013]有益效果:
[0014](I)本發(fā)明制備的磁性炭基吸附劑賦有磁性，便于固液分離，易于回收和再利用。
[0015](2)本發(fā)明制備磁性粉末活性炭的反應(yīng)溫度低，不會(huì)破壞活性炭的結(jié)構(gòu)，確保了其吸附性能；另外，在粉末活性炭上加上磁性后，會(huì)減少粉末活性炭的流失。
[0016](3)經(jīng)本發(fā)明方法制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(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]制備:(I)將50g粉末活性浸泡于1000mL、0.0lmL/L硝酸溶液中24小時(shí)，蒸餾水清洗至PH值為7 ;將酸洗后的活性炭放入IOOOmL沸水中煮沸3h，用蒸餾水反復(fù)清洗至pH值為7.2 ;水洗后的活性炭經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后放入干燥器中備用；(2)將FeCl3.6H20和FeCl2按照1:1.5的摩爾比配成鐵離子質(zhì)量濃度為3.45%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭質(zhì)量與Fe離子質(zhì)量比例為1.38:1加入預(yù)處理后的粉末活性炭；再加入0.1g的檸檬酸和
0.2mL的聚乙二醇；(4)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下吸附4h，升溫至60°C，滴加4mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)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，抽濾后放入烘箱中，于60°C下烘干10h，即得到磁性炭基吸附劑。
[0019]吸附性能:對(duì)于250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，于25°C下在恒溫水浴振蕩器中以130r/min的速度振蕩，振蕩14h后，草甘膦的濃度去除率高達(dá)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(duì)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(shí)施例2
[0021]制備:(I)將50g粉末活性浸泡于1500mL、0.03mL/L硝酸溶液中20小時(shí)，蒸餾水清洗至pH值為7.2 ;將酸洗后的活性炭放入1500mL沸水中煮沸l(wèi)h，用蒸餾水反復(fù)清洗至pH值為6.8 ;水洗后的活性炭經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后放入干燥器中備用；(2)將Fe2 (SO4)3和FeCl2按照1:2的摩爾比配成鐵離子質(zhì)量濃度為3.22%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭質(zhì)量與Fe離子質(zhì)量比例為0.69:1加入預(yù)處理后的粉末活性炭；再加入0.2g的檸檬酸和0.3mL的聚乙二醇；(4)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下吸附3h，升溫至70°C，滴加2mol/L的KOH溶液調(diào)節(jié)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，抽濾后放入烘箱中，于70°C下烘干8h，即得到磁性炭基吸附劑。 [0022]吸附性能:對(duì)于250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，于25°C下在恒溫水浴振蕩器中以130r/min的速度振蕩，振蕩12h后，草甘膦的濃度去除率達(dá)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(duì)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(shí)施例3
[0024]制備:(I)將50g粉末活性浸泡于500mL、0.05mL/L硝酸溶液中18小時(shí)，蒸餾水清洗至PH值為6.8 ;將酸洗后的活性炭放入500mL沸水中煮沸2h，用蒸餾水反復(fù)清洗至pH值為7;水洗后的活性炭經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后放入干燥器中備用；(2)將Fe (N03)3*9H20和FeSO4 ? 7H20按照1:2.5的摩爾比配成鐵離子質(zhì)量濃度為2.98%的IOOmL溶液；(3)按粉末活性炭質(zhì)量與Fe離子質(zhì)量比例為4.83:1加入預(yù)處理后的粉末活性炭；再加入0.3g的檸檬酸和0.1mL的聚乙二醇；(4)在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下吸附5h，升溫至80°C，滴加3mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)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，抽濾后放入烘箱中，于50°C下烘干12h，即得到磁性炭基吸附劑。
[0025]吸附性能:對(duì)于250mL的200mg/L的草甘膦溶液，加入Ig磁性粉末活性炭，于25°C下在恒溫水浴振蕩器中以130r/min的速度振蕩，振蕩12h后，草甘膦的濃度去除率達(dá)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(duì)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(quán)利要求】
1.一種磁性炭基吸附劑，其特征在于由以下方法制備得到，其具體步驟如下:(a)粉末活性炭的預(yù)處理:將粉末活性浸泡于硝酸溶液中，蒸餾水清洗，然后放入沸水中煮沸，再用蒸餾水清洗，經(jīng)抽濾、洗滌、干燥后放入干燥器中備用；(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，然后配成鐵離子溶液，F(xiàn)e2+和Fe3+質(zhì)量濃度為2.98%?3.45% ; (c)在步驟(b)的鐵離子溶液中加入預(yù)處理后的粉末活性炭，再加入配合劑和分散劑；(d)在保護(hù)氣氛下吸附飽和后，升溫；用堿溶液作為沉淀劑，調(diào)節(jié)pH值沉淀出磁性粉末活性炭，陳化、靜置；(e)蒸餾水洗滌、再抽濾、烘干，即得到磁性炭基吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特征在于步驟(a)所述將粉末活性浸泡于硝酸溶液中時(shí)間為18?24小時(shí)；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(shí)間為I?3h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特征在于步驟(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(jù)權(quán)利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特征在于步驟(c)中加入的粉末活性炭質(zhì)量與Fe2+和Fe3+離子總質(zhì)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(zhì)量與步驟(b)配制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(zhì)量與步驟(b)配制的鐵離子溶液的體積比為:0.1?0.3mL/100mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特征在于步驟(d)中所述的保護(hù)氛為氮?dú)?；吸附時(shí)間為3?5h ;升溫至60?80°C ;堿溶液為NaOH或者KOH溶液；調(diào)節(jié)pH至8?10 ;堿溶液的濃度為2?4mol/L ;陳化時(shí)間為2?4h，靜置時(shí)間為12?16h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性炭基吸附劑，其特征在于步驟(e)中用蒸餾水洗滌3?4次，直至pH=6.8?7.2 ;烘干溫度為50?70°C，烘干時(shí)間為8?12h。
7.一種如權(quán)利要求1所述的磁性炭基吸附劑在水處理中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B01J20/20GK103611496SQ201310561430
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】徐炎華, 周輝, 于鵬 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)