一种兰炭改性制备吸附剂的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及改性功能材料领域，尤其涉及一种改性兰炭制备吸附剂的方法。
【背景技术】
[0002]兰炭是低阶煤低温干馏、中温气化之后得到的产物，其中粒径较小的产物由于无法满足铁合金、硅铁、碳化硅、电石等生产所需的工艺要求，只能用作低级燃料或者廉价处理，造成了浪费，大量的废弃兰炭堆积也对环境造成了污染。由于兰炭具有低灰份、低硫、低磷、高比电阻、固定炭、化学活性等特点，并且具有一定的吸附能力，但不及普通的活性炭。通过物理或化学方法对其改性，可增大其比表面积和孔容，发挥类似活性炭的吸附特性，故可将其制作成高性能的吸附剂及脱硫、脱硝剂以及催化剂的载体，将有很好的市场应用前景。
[0003]在化工、医药、农药、染料及洗涤等行业中，常常排放大量的含有硝基酚、苯酚等酚类废水。酚类物质属于有毒物质，对皮肤有强烈的刺激作用，能经皮肤和消化道吸收，长期低浓度接触可引起中毒性肝病，皮肤接触引起皮炎，眼接触引起结膜角膜炎。目前酚类废水的处理方法主要包括氧化还原法、萃取法、生物法、吸附法等，其中吸附法处理含酚废水具有处理效果好、可回收、可重复使用等优点而被广泛应用。常用于酚类废水处理的吸附剂有活性炭、树脂、沸石等。活性炭虽是较常用的吸附剂之一，但由于活性炭价格较高，制约了其在含酚类废水处理领域的广泛应用。因此，开发廉价、高效的吸附剂来处理酚类废水是近年来研宄的重点。
[0004]目前兰炭的改性活化技术主要有物理法和化学法。物理活化法是利用活性气体(如水蒸气、空气等)在较高温度下进行碳的弱氧化作用，使半焦孔径疏通，进而扩大发展。如田芳等采用5%双氧水溶液在5.6MPa压力下对兰炭进行加压水热活化，增大了兰炭的比表面积和孔容，用于烟气脱硫，提高了其脱硫能力。该法一般需要在高温高压下进行，对反应设备的要求极高，不适宜大规模生产。化学活化法是把化学药品与兰炭混合、浸渍，然后在一定温度下对兰炭表面进行改性活化。如苏燕等采用55%硝酸水溶液和10%氢氧化钾水溶液分别对兰炭进行活化，用于处理含油废水，研宄表明以10%氢氧化钾水溶液活化后效果最佳，活化后兰炭的瞬时平衡吸附量提升近I倍。化学活化法一般所用的活化剂酸或碱的浓度都较高，对设备的腐蚀性较强，对环境的污染较大。
【发明内容】
[0005]本发明是为克服现有兰炭改性技术的不足，提供一种在常压下将物理活化和化学活化结合起来，采用较低浓度的活化剂对兰炭进行改性制备高性能吸附剂的方法，以期可以简化制备工艺，降低生产成本，减小环境污染。
[0006]本发明解决技术问题，采用如下技术方案:
[0007]本发明兰炭改性制备吸附剂的方法，其特征在于按如下步骤进行:
[0008]将兰炭研磨筛分，获得80?200目的兰炭粉末；按照固液比1:5?15g/mL，将所述兰炭粉末投加到浓度为0.5?4mol/L的硝酸水溶液中，并在50?95°C下搅拌反应6?24h，然后过滤得沉淀物，对所述沉淀物进行烘干后置于马弗炉中，在300?500°C下活化10?60min，然后研磨至180?220目，即得目标产物吸附剂。
[0009]本发明兰炭改性制备吸附剂的方法，其特点也在于:
[0010]所述烘干优选为在90?110°C下烘3?12h。
[0011]本发明所选用的原料兰炭为工业兰炭生产中的废弃的小颗粒、低价值兰炭。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0013]1、本发明兰炭改性制备吸附剂的方法选用小颗粒、低价值兰炭为原料，变废为宝，充分利用了资源；
[0014]2、本发明将传统的化学活化和物理活化结合起来，既避免了单纯化学活化法中所使用的高浓度活化剂(强酸或强碱)对环境的严重污染又避免了单纯物理活化法中采用的高压条件而对设备的极高要求；
[0015]3、本发明制备工艺简单，产率较高，易于大批量产业化制备；
[0016]4、本发明所得吸附剂对酚类物质吸附性能优良，可广泛应用于酚类等有机类废水的处理。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例1所用原料兰炭的SEM照片；
[0018]图2为本发明实施例1所得吸附剂产品的SEM照片；
[0019]图3为本发明实施例2所得吸附剂产品的SEM照片；
[0020]图4为本发明实施例3所得吸附剂产品的SEM照片。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022]将兰炭研磨筛分，获得100?120目的兰炭粉末；按照固液比l:5g/mL，将兰炭粉末投加到浓度为2mol/L的硝酸水溶液中，并在70°C下搅拌反应24h，然后过滤得沉淀物，对沉淀物在100°C烘3小时后置于马弗炉中，在400°C下活化20min，自然冷却至室温后取出产物并研磨至200目左右，即得吸附剂产品。
[0023]本实施例所用原料兰炭的SEM照片如图1所示，所得吸附剂产品的SEM照片如图2所示，从图中可以看出按照本发明方法对兰炭活化后，兰炭表面的粗糙度明显增加，表面孔道明显增多，内部孔道在一定程度上被打开，比表面积显著增大。由此可知，活化后兰炭的吸附能力也会相应地大幅度提升。
[0024]取0.25g本实施例所得吸附剂产品，在25°C下与50mL浓度为150mg/L的对硝基苯酚溶液进行振荡吸附4h。测得样品对对硝基苯酚的吸附量为29.9mg/g，相同条件下测得商品活性炭的吸附量为29.lmg/go可知，本发明方法所得吸附剂产品的吸附能力至少可以达到现有水平。
[0025]实施例2
[0026]将兰炭研磨筛分，获得180?200目的兰炭粉末；按照固液比1:15g/mL，将兰炭粉末投加到浓度为3mol/L的硝酸水溶液中，并在90°C下搅拌反应24h，然后过滤得沉淀物，对沉淀物在100 °C烘6小时后置于马弗炉中，在400 °C下活化20min，自然冷却至室温后取出产物并研磨至200目左右，即得吸附剂产品。
[0027]本实施例所用原料兰炭的SEM照片如图1所示，所得吸附剂产品的SEM照片如图3所示，从图中可以看出按照本发明方法对兰炭活化后，兰炭表面的粗糙度明显增加，表面孔道明显增多，内部孔道在一定程度上被打开，比表面积显著增大。由此可知，活化后兰炭的吸附能力也会相应地大幅度提升。
[0028]取0.25g本实施例所得吸附剂产品，在25°C下与50mL浓度为400mg/L对硝基苯酚溶液进行振荡吸附4h。测得样品对对硝基苯酚的吸附量为79.lmg/g，相同条件下测得商品活性炭的吸附量为79.4mg/go可知，本发明方法所得吸附剂产品的吸附能力至少可以达到现有水平。
[0029]实施例3
[0030]将兰炭研磨筛分，获得180?200目的兰炭粉末；按照固液比1:10g/mL，将兰炭粉末投加到浓度为4mol/L的硝酸水溶液中，并在90°C下搅拌反应24h，然后过滤得沉淀物，对沉淀物在100 °C烘6小时后置于马弗炉中，在400 °C下活化20min，自然冷却至室温后取出产物并研磨至200目左右，即得吸附剂产品。
[0031]本实施例所用原料兰炭的SEM照片如图1所示，所得吸附剂产品的SEM照片如图4所示，从图中可以看出按照本发明方法对兰炭活化后，兰炭表面的粗糙度明显增加，表面孔道明显增多，内部孔道在一定程度上被打开，比表面积显著增大。由此可知，活化后兰炭的吸附能力也会相应地大幅度提升。
[0032]取0.20g本实施例所得吸附剂产品，在25°C下与50mL浓度为1.033g/L苯酚溶液进行振荡吸附2h。用GB/T7702.8-2008方法测得样品对苯酚的吸附量为144mg/g，相同条件下测得商品活性炭的吸附量为139mg/g。可知，本发明方法所得吸附剂产品的吸附能力与商品活性炭相当。
【主权项】
1.一种兰炭改性制备吸附剂的方法，其特征在于按如下步骤进行: 将兰炭研磨筛分，获得80?200目的兰炭粉末；按照固液比1:5?15g/mL，将所述兰炭粉末投加到浓度为0.5?4mol/L的硝酸水溶液中，并在50?95°C下搅拌反应6?24h，然后过滤得沉淀物，对所述沉淀物进行烘干后置于马弗炉中，在300?500°C下活化10?60min，将活化后产物研磨至180?220目，即得目标产物吸附剂。
2.根据权利要求1所述的兰炭改性制备吸附剂的方法，其特征在于:所选用的原料兰炭为工业兰炭生产中的废弃兰炭。
3.根据权利要求1所述的兰炭改性制备吸附剂的方法，其特征在于:所述烘干是在90?110°C下烘3?12h。
【专利摘要】本发明公开了一种兰炭改性制备吸附剂的方法，其特征在于：是将兰炭研磨筛分，获得80～200目的兰炭粉末；将兰炭粉末投加到硝酸水溶液中，并在50～95℃下搅拌反应6～24h，然后过滤烘干后置于马弗炉中，在300～500℃下活化10～60min，将活化后产物研磨至180～220目，即得目标产物吸附剂。本发明所制备的吸附剂具有优良的吸附性能，特别是对废水中的酚类物质有很好的吸附效果，与商品级活性炭的吸附性能相当，且本发明所用兰炭为工业废弃兰炭，变废为宝，工艺简单，产品用途广泛。
【IPC分类】C02F1-28, B01J20-20, B01J20-30
【公开号】CN104525113
【申请号】CN201410834697
【发明人】魏凤玉, 吴波, 张进成, 张婉婷, 章琛
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月26日