一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料及其制备方法和再生方法与流程

本发明涉及材料，具体涉及一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料及其制备方法和再生方法。

背景技术：

1、活性炭是一种黑色粉状，粒状或丸状的且具有多孔的碳，同时也具有类似石墨的精细结构，表现为层间不规则堆积。活性炭具有较大的表面积(500～1000m2/g)和很强的吸附性能，可在其表面吸附上气体、液体或胶态固体；对于气体和液体，活性炭吸附物质的质量可接近于活性炭本身的质量。在水污染如此严重的今天，活性炭能有效地去除污水中大多数有机污染物、重金属、臭味及色度，在污水净化领域具有重要的科学意义和巨大的应用前景。因而，活性炭在污水治理方面引起各国科研学者及环保工作人士的广泛关注。目前，活性炭作为一种污水处理材料，已经成为常规净化水最成熟有效的材料之一，可用于水质净化、废水处理、重金属回收等方面。但是，常规活性炭对污水处理的效率还极低，并且在污水处理后，活性炭吸附饱和进而变成了一种危废，该种危废需要进行高温煅烧后才能再生，这种再生方法不仅费用高而且过程复杂、周期长。因此，常规活性炭在进行污水处理后其再生工艺复杂，再生利用率低，导致其运行成本增加，制约着活性炭在污水处理中的应用和发展。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中常规活性炭在进行水处理后其再生工艺复杂，再生利用率低的问题，提出了一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料及其制备方法和再生方法。

2、为实现上述技术目的，本发明提供了一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，包括，将活性炭和铁盐溶液混合，在ph值为7-10的条件下反应，生成氢氧化铁并沉积在活性炭的表面，即得。

3、进一步地，所述铁盐溶液中的铁盐选自氯化铁、硫酸铁、氯化铁水合物中的至少一种；和/或，所述活性炭与铁盐的摩尔比为0.4-0.6:10-20；和/或，所述混合的过程中还添加了ph调节剂，所述ph调节剂选自氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液中的至少一种。

4、进一步地，将活性炭先分散于溶剂中形成活性炭分散液，再与铁盐溶液混合后调节混合溶液ph值至7-10，搅拌至溶液为红褐色；优选的，所述溶剂为水；优选的，所述活性炭分散液的浓度为0.2-1.8mmol/l；优选的，所述铁盐溶液的浓度为0.09-0.9mol/l；优选的，所述ph值为7.8-8.2。

5、进一步地，所述活性炭选自活性炭微米球、毫米级活性炭、厘米级活性炭中的至少一种。

6、进一步地，所述活性炭的制备方法包括，将碳源经过热处理、固液分离，即得；优选的，所述碳源选自葡萄糖溶液、乙酸钠溶液和蔗糖溶液中的一种或多种；优选的，所述碳源的浓度为0.05-1.5mol/l；优选的，所述热处理的温度为150-250℃，时间为1-24h；优选的，所述固液分离的方法为抽滤，所述抽滤前还包括冷却至室温的步骤，所述抽滤之后还包括洗涤步骤。

7、本发明还提供一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料。

8、本发明还提供一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法，包括，将负载有氢氧化铁的活性炭复合材料浸泡于氧化剂溶液中，反应，即得再生后的复合材料；优选的，所述氧化剂溶液中的氧化剂选自过碳酸钠、次氯酸钠中的至少一种；优选的，所述氧化剂与进行水处理后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的质量比为0.8-1.2:1-5。

9、进一步地，所述浸泡的时间为15-30min。

10、进一步地，所述浸泡前或浸泡后还需用水对水处理后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料进行冲洗或者反冲洗；优选的，所述浸泡前的反冲洗时间为5-10min；优选的，所述浸泡后的冲洗的时间为10-20min。

11、本发明还提供一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法制得的再生后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料。

12、本发明还提供一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法制备得到的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料或者负载有氢氧化铁的活性炭复合材料或者负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法制得的再生后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料或者再生后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料在水处理中的应用。

13、本发明的技术方案具有以下有益效果：

14、(1)本发明提供的一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，包括，将活性炭和铁盐溶液混合，在ph值为7-10的条件下反应，生成氢氧化铁并沉积在活性炭的表面，即得。本发明的制备方法结合活性炭与氢氧化铁的优点和特性，将活性炭和铁盐溶液混合利用活性炭的吸附性、表面的正电荷以及亲水基团羟基的共同作用在ph值为7-10的条件下发生原位聚合，使氢氧化铁沉积在活性炭表面，形成具有强吸附性的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料，进一步提高了对水中污染物的去除能力，提高了水处理效果。本发明制得的复合材料可采用简单工艺进行再生，且再生后的复合材料的再生率高达80％。

15、(2)本发明提供的一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法，包括，将负载有氢氧化铁的活性炭复合材料浸泡于氧化剂溶液中，反应，即得再生后的复合材料；优选的，所述氧化剂选自过碳酸钠、次氯酸钠中的至少一种；优选的，所述氧化剂与进行水处理后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的质量比为0.8-1.2:1-5。本发明利用氧化剂的强氧化性对水处理后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的表面的有机物进行氧化，从而达到活性炭的解吸、再生；再生后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的利用率达80％，显著改善了活性炭复合材料的再生问题。其次，本发明的再生方法还具有方法简单、费用低和周期短的优点。

16、(3)本发明提供的一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，通过限定将活性炭先分散于溶剂中形成活性炭分散液，再与铁盐溶液混合后调节混合溶液ph值至7-10，搅拌至溶液为红褐色；优选的，所述ph值为7.8-8.2，可进一步提高对水的处理效果。

17、(4)本发明提供的一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，本发明通过原位沉积法制备得到负载有氢氧化铁的活性炭复合材料，该方法具有简单可行，成本低和实用价值大的优点，同时所制备的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料具有使用寿命长，过滤精度高及使用后微孔形貌结构几乎不发生变化的优势，作为过滤介质可广泛用于各种形式的滤池和机械过滤器，可用于处理各种污水、工业用水、纯水和有机废水。

技术特征：

1.一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括，将活性炭和铁盐溶液混合，在ph值为7-10的条件下反应，生成氢氧化铁并沉积在活性炭的表面，即得。

2.根据权利要求1所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述铁盐溶液中的铁盐选自氯化铁、硫酸铁、氯化铁水合物中的至少一种；和/或，所述活性炭与铁盐的摩尔比为0.4-0.6:10-20；和/或，所述混合的过程中还添加了ph调节剂，所述ph调节剂选自氢氧化钠溶液、碳酸氢钠溶液中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，将活性炭先分散于溶剂中形成活性炭分散液，再与铁盐溶液混合后调节混合溶液ph值至7-10，搅拌至溶液为红褐色；优选的，所述溶剂为水；优选的，所述活性炭分散液的浓度为0.2-1.8mmol/l；优选的，所述铁盐溶液的浓度为0.09-0.9mol/l；优选的，所述ph值为7.8-8.2。

4.根据权利要求1-3中任一所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述活性炭选自活性炭微米球、毫米级活性炭、厘米级活性炭中的至少一种。

5.根据权利要求1-4中任一所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述活性炭的制备方法包括，将碳源经过热处理、固液分离，即得；优选的，所述碳源选自葡萄糖溶液、乙酸钠溶液和蔗糖溶液中的一种或多种；优选的，所述碳源的浓度为0.05-1.5mol/l；优选的，所述热处理的温度为150-250℃，时间为1-24h；优选的，所述固液分离的方法为抽滤，所述抽滤前还包括冷却至室温的步骤，所述抽滤之后还包括洗涤步骤。

6.一种根据权利要求1-5中任一所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法制备得到的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料。

7.一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法，其特征在于，包括，将权利要求6所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料浸泡于氧化剂溶液中，反应，即得再生后的复合材料；优选的，所述氧化剂溶液中的氧化剂选自过碳酸钠、次氯酸钠中的至少一种；优选的，所述氧化剂与进行水处理后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的质量比为0.8-1.2:1-5。

8.根据权利要求7所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法，其特征在于，所述浸泡的时间为15-30min；和/或，所述浸泡前或浸泡后还需用水对水处理后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料进行冲洗或者反冲洗。

9.一种根据权利要求7或8所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法制得的再生后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料。

10.一种根据权利要求1-5中任一所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的制备方法制备得到的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料或者权利要求6所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料或者权利要求7或8所述的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料的再生方法制得的再生后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料或者权利要求9所述的再生后的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料在水处理中的应用。

技术总结
本发明涉及材料技术领域，公开了一种负载有氢氧化铁的活性炭复合材料及其制备方法和再生方法，包括，将活性炭和铁盐溶液混合，在pH值为7‑10的条件下反应，生成氢氧化铁并沉积在活性炭的表面，即得。本发明结合活性炭与氢氧化铁的优点和特性，利用活性炭的吸附性、表面的正电荷以及亲水基团羟基的共同作用使氢氧化铁沉积在活性炭表面，形成具有强吸附性的负载有氢氧化铁的活性炭复合材料，进一步提高了对水中污染物的去除能力，提高了水处理效果。本发明制得的复合材料可采用简单工艺进行再生，且再生后的复合材料的再生率高达80％。

技术研发人员：周洋,刘光耀,于洋,潘珊珊,刘建军,刘青华,张莹莹
受保护的技术使用者：华电电力科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7