专利名称：用于水处理的磁性活性炭的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水处理的、具有较大比表面积及良好吸附性能、易于用磁分离方法方便回收的具磁性活性炭的制备方法。
粉状活性炭由于粒度小、孔结构发达，具有巨大的比表面积，用做吸附材料时具有吸附速度快、容量高等优点，而且粉状活性炭制备工艺较为简单，原料来源广泛，价格相对较低，所以在化工、环保等领域有广泛应用；在水处理中可用于去除水中的有机或无机污染物。
但正是由于粉状炭的粒度小，使其在水处理应用中难以分离回收，容易造成资源浪费及二次污染，影响处理效果，增加运行成本，使其应用受到极大限制。为解决这一问题，将活性炭赋予磁性，用磁分离方法进行分离回收是一种简便可行的方法。但目前制备的磁性炭都是以Fe3O4为磁性材料的Fe3O4--活性炭复合物，其制备要用亚铁盐为原料，而亚铁很不稳定，容易被空气中或水中的氧气氧化，所以在Fe3O4--活性炭复合物的制备过程中反应条件苛刻，不易精确控制。而且Fe3O4本身不够稳定、可被空气氧化，使其磁性逐渐减弱。
本发明目的是，提供用易于制备、性能稳定的MnFe2O4，CuFe2O4做为磁性材料，制备磁性吸附剂MFe2O4--活性炭复合物(M＝Mn，Cu)的方法，以及该吸附剂在水处理中的应用。MnFe2O4，Cu Fe2O4本身做为吸附剂对许多有机物和无机物有很强的吸附能力，与活性炭复合后形成的磁性吸附剂具有更优异的性能。
本发明制备磁性活性炭的具体方法为以Mn(或Cu)和Fe的硫酸盐、盐酸盐或硝酸盐为原料，配成摩尔比为Mn(或Cu)∶Fe＝1∶2的溶液，加入活性炭，搅拌，同时滴加碱液至pH6-11。继续搅拌30-60分钟，然后置于90-100℃水浴中静置、陈化1-4小时。倒掉上层水溶液，用水(最好去离子水)反复洗涤，用磁分离或过滤方法进行固液分离，直至洗到中性；或先用酸、碱调到中性，再用水洗至无阴离子检出。将上述所得固体吸附剂在50-60℃下低温烘1-3小时，除去大部分水份，再升温到120℃烘8-24小时。或在120℃烘1-2小时，再N2保护下，于400-500℃加热1-2小时，即获得磁性活性炭吸附剂。
本发明所涉及的铜、锰、铁盐可以是能溶于水、通过碱能够沉淀的任何相应盐，包括硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐、醋酸盐等。
本发明调pH值所用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾等。并且最后pH值应调至6-11，最好8-10，否则将影响吸附剂的磁性。
本发明所用活性炭可以是木质、椰壳、煤质或其它材料制成的、任何孔径的粉状、粒状或活性炭纤维，其中优选中孔或大孔粉状活性碳。
本发明制得的磁性活性炭中，根据所加活性炭量，可获得含磁性材料MnFe2O4或Cu Fe2O4的重量百分比为10-50％，活性炭90％-50％。磁性材料越多，则磁响应性能越好，越容易进行磁分离；而活性炭越多，则吸附能力越强。
本发明所制备的磁性活性炭具有良好的磁响应性，可以用磁分离方法进行分离、回收；还具有巨大的表面积，对有机或无机污染物有很好的吸附性能，可用于给水或污水的净化处理。
本发明特点是，制备工艺简单，所制备的磁性活性炭具有吸附速度快、容量大、易于回收等优点，具有优异的水质净化效能。
实施例例1、磁性活性炭粉的制备取0.01mol MnSO4和0.02mol Fe(NO3)3，溶于150ml水中，加入5g木质活性炭(100-200目，BET比表面积750m2/g)，快速搅拌下滴加浓度为4mol/l的NaOH溶液，直至H＝8-10。继续搅拌30分钟，然后移至水浴中加热切到90-100℃，静置、保温2小时。经2小时的陈化，此时所得复合吸附剂已有较好的磁反应性，倾去上面的大量水，再加入200ml去离子水，搅拌、洗涤10分钟，用磁分离或过滤方法进行固液分离，固体吸附剂继续加去离子水洗涤3-4次，分离出吸附剂后，将其置于烘箱中于50-60℃下烘2小时，再升温至120℃烘24小时，即得磁性活性炭粉。其中含MnFe2O430％，BET比表面积500-600m2/g。
例2、含30％CuFe2O4的磁性活性炭粉的制备以CuSO4·5H2O取代MnSO4，其它操作同上；在高温加热时采用N2保护下，在450℃烘2小时即可得到目标物，BET比表面积500-600m2/g。
例3、磁性活性炭在废水处理中的应用某染料废水，主要含酸性红B200mg/l，H5.2，取1升废水，加入5g含MnFe2O425％的磁性活性炭粉吸附剂，搅拌混合30分钟后进行磁分离，测得出水酸性红B浓度小于5mg/l。吸附剂经加热再升后可以循环使用。
例4、某含砷废水，含砷(V)10mg/l，H5.2，取1升废水，加入5g含CuFe2O430％的磁性活性炭粉吸附剂，搅拌混合60分钟后进行磁分离，测得出水砷的浓度小于10μg/l。
权利要求
1.一种具有较大比表面积及良好吸附性能、易于用磁分离方法方便回收的磁性活性炭的制备及其在水处理中的应用方法。
2.按照权利要求1所述，其特征在于，所制备的磁性活性炭为MnFe2O4或Cu Fe2O4与活性炭的复合物，特别是与粉状活性炭的复合物。
3.按照权利要求2所述，其特征在于，Mn Fe2O4或Cu Fe2O4与活性炭的复合物是用相应的金属盐溶液与活性炭混合后，加碱中和，再经陈化、洗涤、烘干而得。
4.按照权利要求3所述，其特征在于，所用金属盐为铜、锰、铁的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐、醋酸盐等能溶于水、通过碱能够沉淀的任何相应盐。
5.按照权利要求3所述，其特征在于，调PH值所用的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾。
6.按照权利要求3所述，其特征在于，混合液中和至PH6-11，最好8-10；陈化水浴温度90-100℃、时间1-4小时；然后烘干温度先在50-60℃下低温烘1-3小时，除去大部分水份，再升温到120℃烘8-24小时；或在120℃烘1-2小时，再N2保护下，于400-500℃加热1-2小时。
7.按照权利要求1所述，其特征在于，所制备的磁性吸附剂可以去除水中的有机物及砷、铬、镉等无机物。
8.按照权利要求7所述，其特征在于，所制备的磁性吸附剂与含污染物的水混合后，可以用磁分离方法进行分离、回收。
全文摘要
本发明提供一种新型磁性活性炭的制备方法，属于水处理应用技术领域。该磁性活性炭具有较大比表面积及良好吸附性能，易于用磁分离，方便回收。本发明提供了一种新的磁性活性炭在水处理中去除有机物及无机砷的应用方法。
文档编号C02F1/48GK1500736SQ0214935
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月13日 优先权日2002年11月13日
发明者曲久辉, 武荣成, 雷鹏举, 刘会娟 申请人:中国科学院生态环境研究中心