本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一種磁性顆?；钚蕴康闹苽浞椒?

背景技術(shù)：

四氧化三鐵具有永久的磁化特性,當(dāng)四氧化三鐵粒子的粒徑在5-100nm范圍時，就會表現(xiàn)許多特異的功能，如表面活性高、磁性強(qiáng)、導(dǎo)電性好等等。將磁性四氧化三鐵負(fù)載于環(huán)保材料中，為材料的回收帶來極大的便利。目前磁性四氧化三鐵制備的方法存在工藝復(fù)雜、成本高等問題。申請?zhí)枮椋?00610016424.2名稱為：磁性四氧化三鐵納米超細(xì)微粒的超聲波輔助水熱合成工藝；申請?zhí)枮椋?00910213000.9名稱為：高磁性四氧化三鐵磁粉及其制備方法，用氫氧化鈉溶液、硫酸亞鐵溶液、硅酸鈉溶液和去離子水等原料，經(jīng)混合、反應(yīng)、漂洗、壓濾、干燥、粉碎和篩選等步驟而制成。

隨著城市污水廠數(shù)量的增多，隨之污泥的排放量也在急劇的增加。由于污泥中含有大量的有機(jī)物和無機(jī)物，若不加以有效的處理，將給環(huán)境帶來二次污染。目前國內(nèi)多污泥的處理主要有填埋、焚燒及能源化利用等，但存在二次污染較嚴(yán)重等問題。申請?zhí)枮?01110422233.7名稱為：污泥基活性炭及其制備方法；申請?zhí)枮椋?01110000831.5名稱為：一種污泥活性炭及其制備方法等都介紹了污泥制備活性炭方法，但基本上都是制備粉末顆粒活性炭。本發(fā)明制備的是顆粒活性炭粒徑為3-5mm。

隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，廢舊輪胎的數(shù)量也與日劇增，隨著產(chǎn)生的是廢舊橡膠輪胎的環(huán)境污染問題，不僅占用了大量的土地，而且容易滋生蚊蠅，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，因此廢舊橡膠輪胎的資源化利用是目前面臨的一個突出的問題。目前廢舊橡膠輪胎資源化方式包括：輪胎翻新、熱解、生產(chǎn)膠粉和再生膠等。由于廢舊輪胎橡膠含碳量高，因此通過炭化技術(shù)可制備活性炭材料。申請?zhí)枮椋?00910228529名稱為：一種利用廢棄輪胎橡膠制備活性炭的方法。

申請?zhí)枮椋?012102818826.5，名稱為：生物質(zhì)基磁性活性炭的制備方法，磁流體由共沉淀法或催化法制得納米級的四氧化三鐵，混合過程中四氧化三鐵吸附于活性炭中，此方法制備的磁性四氧化三鐵過程復(fù)雜。

活性炭是一種具有豐富的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)和較高的比表面積的優(yōu)良吸附材料，但其原材料主要是煤和木材等含碳材料，成本較高。本發(fā)明利用固相反應(yīng)制備磁性四氧化三鐵粉末與廢舊輪胎橡膠和污泥作為原料制備磁性顆?；钚蕴?，不僅吸附能力強(qiáng)，強(qiáng)度高，磁性高，而且成本低廉，節(jié)約資源，同時一并解決了廢橡膠和污泥的環(huán)境污染問題，并能用于空氣、水體、土壤污染等治理，并能較好的實(shí)現(xiàn)顆?；钚蕴康幕厥?。

目前磁性四氧化三鐵制備的方法存在工藝復(fù)雜、成本高等問題，通過將氯化鐵、氯化亞鐵和氫氧化鈉三者固體顆粒通過研磨或球磨(固相反應(yīng))制備磁性四氧化三鐵，此工藝簡單，而且磁性高?，F(xiàn)有利用煤和木材制備的活性炭成本高，本發(fā)明利用廢橡膠和污泥廢棄物制備顆粒活性炭，原料來源廣泛，成本低廉?，F(xiàn)有的活性炭制備大多是制備粉末顆粒活性炭，在廢水處理中容易流失，影響污水處理，在土壤修復(fù)中不容易回收等問題。根據(jù)存在的問題，本發(fā)明制備出的磁性活性炭顆粒粒徑控制在3-5mm?，F(xiàn)有的顆?；钚蕴繌?qiáng)度不高，本發(fā)明利用污泥中含有的無機(jī)化學(xué)成分SiO2、Al2O3等物質(zhì)與加入的生石灰，在高溫條件下反應(yīng)生產(chǎn)硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等形成強(qiáng)度的物質(zhì)，從而提高了顆?；钚蕴康膹?qiáng)度。現(xiàn)有顆?；钚蕴课搅啃⌒杞?jīng)活化或加入造孔劑才能提高吸附能力，本發(fā)明采用加入可溶性淀粉，主要能起到容易造粒成型，高溫下可溶性淀粉，分解揮發(fā)使顆粒活性表面內(nèi)容形成均勻的孔洞，從而提高吸附能力。

技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種磁性顆?；钚蕴康闹苽浞椒?。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種磁性顆粒活性炭的制備方法，包括以下步驟：

步驟一)制備磁性四氧化三鐵：將固體的2-4摩爾份的FeCl₃、1-2摩爾份的FeCl₂和8-16摩爾份的NaOH混合研磨或球磨5min-10min，加入去離子水混合均勻后，過濾，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三鐵；

廢舊輪胎橡膠預(yù)處理：將廢舊輪胎橡膠粉碎，過100目篩，再放入真空管式氣氛爐進(jìn)行炭化，自然冷卻后即得到橡膠碳化物；

污泥預(yù)處理：將污泥干燥脫水，使含水率低于20％，再放入行星球磨機(jī)中研磨，過100目篩，得預(yù)處理污泥；

步驟二)稱取60-80重量份的橡膠碳化物、15-25重量份的預(yù)處理污泥、5-15重量份的生石灰、2-5重量份的磁性四氧化三鐵，混合攪拌均勻，再3-5mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比為5：1～6：1kg/L，攪拌均勻后得到混合泥料；

步驟三)將混合泥料放入造粒成型機(jī)中造粒，造粒完成后放入60-80℃真空干燥箱中烘干1-2小時；

步驟四)將烘干好的顆粒放入真空管式氣氛爐，以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，以5-10℃/min的升溫速率，升溫至900-1000℃，保溫30-60min后，自然冷卻至室溫，用氫氧化鈉浸泡10-15小時，用去離子水沖洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性顆?；钚蕴款w粒。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟一)中，廢舊輪胎橡膠炭化的溫度為300℃，炭化時間為30分鐘。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟三)中，造粒形成的顆粒粒徑為4-6mm。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟四)中，氫氧化鈉濃度為濃度為1mol/L。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)

通過研磨或球磨發(fā)生固相反應(yīng)制備磁性四氧化三鐵，工藝簡單原料利用廢棄物，取之容易、方便。能實(shí)現(xiàn)資源化利用。不僅強(qiáng)度高、磁性高，而且吸附效果好。用于污水、土壤中處理不容易造成顆粒分散，不影響處理質(zhì)量，而且便于回收、再生容易。制備方法、工藝簡單，容易操作。加入的生石灰，在高溫條件下與污泥中的SiO2、Al2O3等物質(zhì)反應(yīng)生產(chǎn)硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣等形成強(qiáng)度的物質(zhì)，從而提高了顆?；钚蕴康膹?qiáng)度。通過高溫炭化，無需加活化劑氯化鋅、硫酸或氫氧化鉀等物質(zhì)就能實(shí)現(xiàn)高效吸附的效果。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1

一種磁性顆?；钚蕴康闹苽浞椒?，包括以下步驟：

步驟一)利用固相反應(yīng)制備磁性四氧化三鐵：將固體的2摩爾份的FeCl₃、1摩爾份的FeCl₂和8摩爾份的NaOH混合研磨或球磨5min，加入去離子水混合均勻后，過濾，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三鐵。

廢舊輪胎橡膠預(yù)處理：將廢舊輪胎橡膠粉碎，過100目篩，再放入真空管式氣氛爐，在溫度為300℃下炭化30分鐘，自然冷卻后即得到橡膠碳化物。

污泥預(yù)處理：將污泥干燥脫水，使含水率低于20％，再放入行星球磨機(jī)中研磨，過100目篩，得預(yù)處理污泥。

步驟二)稱取60重量份的橡膠碳化物、15重量份的預(yù)處理污泥、5重量份的生石灰、2重量份的磁性四氧化三鐵，混合攪拌均勻，再3mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比為5：1kg/L，攪拌均勻后得到混合泥料。

步驟三)將混合泥料放入造粒成型機(jī)中，形成顆粒粒徑為4-6mm的顆粒，再放入60℃真空干燥箱中烘干2小時。

步驟四)將烘干好的顆粒放入真空管式氣氛爐，以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，以5℃/min的升溫速率，升溫至900℃，保溫30min后，自然冷卻至室溫，用濃度為1mol/L的氫氧化鈉浸泡10小時，用去離子水沖洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性顆粒活性炭顆粒。

實(shí)施例2

一種磁性顆?；钚蕴康闹苽浞椒ǎㄒ韵虏襟E：

步驟一)利用固相反應(yīng)制備磁性四氧化三鐵：將固體的4摩爾份的FeCl₃、2摩爾份的FeCl₂和16摩爾份的NaOH混合研磨或球磨10min，加入去離子水混合均勻后，過濾，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三鐵。

廢舊輪胎橡膠預(yù)處理：將廢舊輪胎橡膠粉碎，過100目篩，再放入真空管式氣氛爐，在溫度為300℃下炭化30分鐘，自然冷卻后即得到橡膠碳化物。

污泥預(yù)處理：將污泥干燥脫水，使含水率低于20％，再放入行星球磨機(jī)中研磨，過100目篩，得預(yù)處理污泥。

步驟二)稱取80重量份的橡膠碳化物、25重量份的預(yù)處理污泥、15重量份的生石灰、5重量份的磁性四氧化三鐵，混合攪拌均勻，再5mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比為6：1kg/L，攪拌均勻后得到混合泥料。

步驟三)將混合泥料放入造粒成型機(jī)中，形成顆粒粒徑為4-6mm的顆粒，再放入80℃真空干燥箱中烘干1小時。

步驟四)將烘干好的顆粒放入真空管式氣氛爐，以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，以10℃/min的升溫速率，升溫至1000℃，保溫60min后，自然冷卻至室溫，用濃度為1mol/L的氫氧化鈉浸泡15小時，用去離子水沖洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性顆?；钚蕴款w粒。

實(shí)施例3

一種磁性顆?；钚蕴康闹苽浞椒?，包括以下步驟：

步驟一)利用固相反應(yīng)制備磁性四氧化三鐵：將固體的2摩爾份的FeCl₃、2摩爾份的FeCl₂和12摩爾份的NaOH混合研磨或球磨5min-10min，加入去離子水混合均勻后，過濾，烘干沉淀，即得活性磁性四氧化三鐵。

廢舊輪胎橡膠預(yù)處理：將廢舊輪胎橡膠粉碎，過100目篩，再放入真空管式氣氛爐，在溫度為300℃下炭化30分鐘，自然冷卻后即得到橡膠碳化物。

污泥預(yù)處理：將污泥干燥脫水，使含水率低于20％，再放入行星球磨機(jī)中研磨，過100目篩，得預(yù)處理污泥。

步驟二)稱取70重量份的橡膠碳化物、20重量份的預(yù)處理污泥、10重量份的生石灰、5重量份的磁性四氧化三鐵，混合攪拌均勻，再5mol/L加入可溶性淀粉水溶液，固液比為6：1kg/L，攪拌均勻后得到混合泥料。

步驟三)將混合泥料放入造粒成型機(jī)中，形成顆粒粒徑為4-6mm的顆粒，再放入70℃真空干燥箱中烘干1小時。

步驟四)將烘干好的顆粒放入真空管式氣氛爐，以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，以10℃/min的升溫速率，升溫至1000℃，保溫55min后，自然冷卻至室溫，用濃度為1mol/L的氫氧化鈉浸泡12小時，用去離子水沖洗至中性，放入100℃真空干燥箱中烘干，即制得磁性顆粒活性炭顆粒。