專利名稱：用于水處理的磁性活性炭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水處理的、具有較大比表面積及良好吸附性能、易于用磁分離方法方便回收的具磁性活性炭的制備方法。
粉狀活性炭由于粒度小、孔結(jié)構(gòu)發(fā)達，具有巨大的比表面積，用做吸附材料時具有吸附速度快、容量高等優(yōu)點，而且粉狀活性炭制備工藝較為簡單，原料來源廣泛，價格相對較低，所以在化工、環(huán)保等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；在水處理中可用于去除水中的有機或無機污染物。
但正是由于粉狀炭的粒度小，使其在水處理應(yīng)用中難以分離回收，容易造成資源浪費及二次污染，影響處理效果，增加運行成本，使其應(yīng)用受到極大限制。為解決這一問題，將活性炭賦予磁性，用磁分離方法進行分離回收是一種簡便可行的方法。但目前制備的磁性炭都是以Fe3O4為磁性材料的Fe3O4--活性炭復(fù)合物，其制備要用亞鐵鹽為原料，而亞鐵很不穩(wěn)定，容易被空氣中或水中的氧氣氧化，所以在Fe3O4--活性炭復(fù)合物的制備過程中反應(yīng)條件苛刻，不易精確控制。而且Fe3O4本身不夠穩(wěn)定、可被空氣氧化，使其磁性逐漸減弱。
本發(fā)明目的是，提供用易于制備、性能穩(wěn)定的MnFe2O4，CuFe2O4做為磁性材料，制備磁性吸附劑MFe2O4--活性炭復(fù)合物(M＝Mn，Cu)的方法，以及該吸附劑在水處理中的應(yīng)用。MnFe2O4，Cu Fe2O4本身做為吸附劑對許多有機物和無機物有很強的吸附能力，與活性炭復(fù)合后形成的磁性吸附劑具有更優(yōu)異的性能。
本發(fā)明制備磁性活性炭的具體方法為以Mn(或Cu)和Fe的硫酸鹽、鹽酸鹽或硝酸鹽為原料，配成摩爾比為Mn(或Cu)∶Fe＝1∶2的溶液，加入活性炭，攪拌，同時滴加堿液至pH6-11。繼續(xù)攪拌30-60分鐘，然后置于90-100℃水浴中靜置、陳化1-4小時。倒掉上層水溶液，用水(最好去離子水)反復(fù)洗滌，用磁分離或過濾方法進行固液分離，直至洗到中性；或先用酸、堿調(diào)到中性，再用水洗至無陰離子檢出。將上述所得固體吸附劑在50-60℃下低溫烘1-3小時，除去大部分水份，再升溫到120℃烘8-24小時?；蛟?20℃烘1-2小時，再N2保護下，于400-500℃加熱1-2小時，即獲得磁性活性炭吸附劑。
本發(fā)明所涉及的銅、錳、鐵鹽可以是能溶于水、通過堿能夠沉淀的任何相應(yīng)鹽，包括硫酸鹽、鹽酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽等。
本發(fā)明調(diào)pH值所用的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、碳酸鈉、碳酸鉀等。并且最后pH值應(yīng)調(diào)至6-11，最好8-10，否則將影響吸附劑的磁性。
本發(fā)明所用活性炭可以是木質(zhì)、椰殼、煤質(zhì)或其它材料制成的、任何孔徑的粉狀、粒狀或活性炭纖維，其中優(yōu)選中孔或大孔粉狀活性碳。
本發(fā)明制得的磁性活性炭中，根據(jù)所加活性炭量，可獲得含磁性材料MnFe2O4或Cu Fe2O4的重量百分比為10-50％，活性炭90％-50％。磁性材料越多，則磁響應(yīng)性能越好，越容易進行磁分離；而活性炭越多，則吸附能力越強。
本發(fā)明所制備的磁性活性炭具有良好的磁響應(yīng)性，可以用磁分離方法進行分離、回收；還具有巨大的表面積，對有機或無機污染物有很好的吸附性能，可用于給水或污水的凈化處理。
本發(fā)明特點是，制備工藝簡單，所制備的磁性活性炭具有吸附速度快、容量大、易于回收等優(yōu)點，具有優(yōu)異的水質(zhì)凈化效能。
實施例例1、磁性活性炭粉的制備取0.01mol MnSO4和0.02mol Fe(NO3)3，溶于150ml水中，加入5g木質(zhì)活性炭(100-200目，BET比表面積750m2/g)，快速攪拌下滴加濃度為4mol/l的NaOH溶液，直至H＝8-10。繼續(xù)攪拌30分鐘，然后移至水浴中加熱切到90-100℃，靜置、保溫2小時。經(jīng)2小時的陳化，此時所得復(fù)合吸附劑已有較好的磁反應(yīng)性，傾去上面的大量水，再加入200ml去離子水，攪拌、洗滌10分鐘，用磁分離或過濾方法進行固液分離，固體吸附劑繼續(xù)加去離子水洗滌3-4次，分離出吸附劑后，將其置于烘箱中于50-60℃下烘2小時，再升溫至120℃烘24小時，即得磁性活性炭粉。其中含MnFe2O430％，BET比表面積500-600m2/g。
例2、含30％CuFe2O4的磁性活性炭粉的制備以CuSO4·5H2O取代MnSO4，其它操作同上；在高溫加熱時采用N2保護下，在450℃烘2小時即可得到目標(biāo)物，BET比表面積500-600m2/g。
例3、磁性活性炭在廢水處理中的應(yīng)用某染料廢水，主要含酸性紅B200mg/l，H5.2，取1升廢水，加入5g含MnFe2O425％的磁性活性炭粉吸附劑，攪拌混合30分鐘后進行磁分離，測得出水酸性紅B濃度小于5mg/l。吸附劑經(jīng)加熱再升后可以循環(huán)使用。
例4、某含砷廢水，含砷(V)10mg/l，H5.2，取1升廢水，加入5g含CuFe2O430％的磁性活性炭粉吸附劑，攪拌混合60分鐘后進行磁分離，測得出水砷的濃度小于10μg/l。
權(quán)利要求
1.一種具有較大比表面積及良好吸附性能、易于用磁分離方法方便回收的磁性活性炭的制備及其在水處理中的應(yīng)用方法。
2.按照權(quán)利要求1所述，其特征在于，所制備的磁性活性炭為MnFe2O4或Cu Fe2O4與活性炭的復(fù)合物，特別是與粉狀活性炭的復(fù)合物。
3.按照權(quán)利要求2所述，其特征在于，Mn Fe2O4或Cu Fe2O4與活性炭的復(fù)合物是用相應(yīng)的金屬鹽溶液與活性炭混合后，加堿中和，再經(jīng)陳化、洗滌、烘干而得。
4.按照權(quán)利要求3所述，其特征在于，所用金屬鹽為銅、錳、鐵的硫酸鹽、鹽酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽等能溶于水、通過堿能夠沉淀的任何相應(yīng)鹽。
5.按照權(quán)利要求3所述，其特征在于，調(diào)PH值所用的堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、碳酸鈉、碳酸鉀。
6.按照權(quán)利要求3所述，其特征在于，混合液中和至PH6-11，最好8-10；陳化水浴溫度90-100℃、時間1-4小時；然后烘干溫度先在50-60℃下低溫烘1-3小時，除去大部分水份，再升溫到120℃烘8-24小時；或在120℃烘1-2小時，再N2保護下，于400-500℃加熱1-2小時。
7.按照權(quán)利要求1所述，其特征在于，所制備的磁性吸附劑可以去除水中的有機物及砷、鉻、鎘等無機物。
8.按照權(quán)利要求7所述，其特征在于，所制備的磁性吸附劑與含污染物的水混合后，可以用磁分離方法進行分離、回收。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型磁性活性炭的制備方法，屬于水處理應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該磁性活性炭具有較大比表面積及良好吸附性能，易于用磁分離，方便回收。本發(fā)明提供了一種新的磁性活性炭在水處理中去除有機物及無機砷的應(yīng)用方法。
文檔編號C02F1/48GK1500736SQ0214935
公開日2004年6月2日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者曲久輝, 武榮成, 雷鵬舉, 劉會娟 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心