采用磁性半焦吸附剂处理含酚废水的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于污水处理技术领域，涉及一种工业废水的处理技术，具体涉及一种采 用磁性半焦吸附剂处理含酚废水的方法。
【背景技术】
[0002] 苯酚广泛存在于炼焦、制药、造纸、颜料及石油化工等工业废水中，含酚废水来源 广，对环境和人类生活都有较大危害，传统处理含酚废水的方法主要有溶剂处理法、化学氧 化法、活性污泥法、吸附法等。溶剂处理法大多是使用萃取剂采取溶液萃取工艺，处理含酚 废水效率高，但工艺复杂；化学氧化法容易造成二次污染；活性污泥法对处理较低浓度的 含酚废水效果良好；吸附法在处理工业废水中应用较为广泛，常用的吸附剂有沸石、活性 炭、石墨烯等。活性炭是以碳为主要成分的多孔疏水性吸附材料，是目前应用最为广泛的吸 附剂，其吸附性能不仅与孔隙结构有关，而且与化学组成和化学结构有关，活性炭的化学稳 定性好，在处理工业废水时效率高、工艺简单，然而活性炭存在生产成本较高的缺点。煤热 解半焦同样是一种多孔的含碳物质，是没有得到充分干馏或活化的改性炭类吸附剂，与活 性炭相比，褐煤热解半焦的比表面积较小，机械强度比较高，结构与活性炭类似同样为多孔 材料，具有较高的吸附性能，而且价格便宜。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种采用磁性半焦吸附剂处理工业含酚废水的方法，通过增 大价格低廉的褐煤热解产物半焦的比表面积，提高其吸附性能，解决现有技术中采用活性 炭处理工业废水成本高的问题。
[0004]本发明所采用的技术方案是，采用磁性半焦处理含酚废水的方法，具体按照以下 步骤实施：
[0005] 步骤1 :用活化剂处理褐煤热解半焦，得到改性半焦；
[0006] 步骤2 :采用磁化剂处理改性半焦，得到磁性半焦；
[0007] 步骤3 :采用步骤2得到的磁性半焦对含酚废水进行吸附。
[0008] 本发明的特点还在于，
[0009] 其中的步骤1具体按照以下步骤实施：将褐煤热解半焦放入浓度为0.7~ 1.0 mol/L的活化剂中以恒温磁力搅拌器搅拌1~3h，半焦与活化剂按照浴比1:20~1:40 计算，取出处理后的半焦放入85~95°C鼓风恒温干燥箱中烘燥至衡重，而后将干燥的半焦 置于500~700°C真空气氛电阻炉内恒温反应2~4h，蒸馏水清洗至中性。
[0010] 活化剂为KOH溶液或者NaOH溶液。
[0011] 其中的步骤2具体按照以下步骤实施：将步骤1得到的改性半焦加入磁化剂，其中 磁化剂的质量浓度为0. 03~0. 05g/mL，改性半焦和磁化剂的浴比为1:15~1:30,而后将 其置于恒温磁力搅拌器上搅拌2~4h，干燥，取出后放入管式真空电阻炉内700~900°C恒 温反应2~4h。
[0012] 磁化剂为FeCl^液或者Fe (NO 3) 3溶液。
[0013] FeCU容液和Fe (NO 3)3溶液中的溶剂为水或者无水乙醇。
[0014] 其中的步骤3具体按照以下步骤实施：将步骤2得到的磁性半焦吸附剂加入含酚 废水中，磁性半焦吸附剂与含酚废水浴比为1:20~1:40,含酚废水初始浓度为20mg/L~ 60mg/L，溶液温度为15°C~35°C，保温时间为40~60min，对含酚废水进行吸附。
[0015] 本发明的有益效果是，
[0016] 利用价格低廉的褐煤热解半焦，通过对其改性得到磁性半焦吸附剂代替费用较高 的活性炭吸附剂，使得废水中的酚类有机物质被吸附，并且磁性半焦可以通过外加磁场对 废液进行很好的固液分离，进一步提高废水的处理效果。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明方法的工艺流程图；
[0018] 图2是未改性半焦的氮气吸附图；
[0019] 图3是改性半焦的氮气吸附图；
[0020] 图4是未改性半焦的孔径分布图；
[0021] 图5是未改性半焦孔径分布的局部放大图；
[0022] 图6是改性半焦的孔径分布图；
[0023] 图7是改性半焦孔径分布的局部放大图；
[0024] 图8是改性半焦未负载Fe的扫描电镜图；
[0025] 图9是改性半焦负载Fe的扫描电镜图；
[0026] 图10是改性半焦未负载Fe的EDS图谱；
[0027] 图11是改性半焦未负载Fe的元素含量图；
[0028] 图12是改性半焦负载Fe的EDS图谱；
[0029] 图13是改性半焦负载Fe的元素含量图
[0030] 图14是改性半焦未负载与负载Fe的XRD表征对比图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0032] 本发明采用磁性半焦吸附剂处理工业废水的方法，具体按照以下步骤实施：
[0033] 步骤1 :对褐煤热解得到半焦，使用活化剂对半焦进行化学改性
[0034] 其中热解具体方法为：在铝甑中对褐煤加热，升温速率为5°C /min，升温至510°C 保温40min，为增加褐煤热解半焦的比表面积，首先使用活化剂处理半焦，对半焦进行化学 改性，改性方法如下：将褐煤热解半焦放入浓度为〇. 7~1.0 moL/L的活化剂中以恒温磁力 搅拌器搅拌1~3h，其中恒温磁力搅拌器保持25°C恒温，取出处理后的半焦放入85~95°C 鼓风恒温干燥箱中干燥至衡重，而后将干燥的半焦放置在500~700°C真空气氛电阻炉内 恒温反应2~4h，蒸馏水清洗至中性，密封保存。
[0035] 步骤2 :采用磁化剂处理改性半焦，使得改性半焦磁化。
[0036] 磁化剂的质量浓度为0.04g/ml，改性半焦和磁化剂的浴比为1:15~1:30,而后将 其置于恒温磁力搅拌器上搅拌2~4h，干燥至衡重，取出后放入管式真空电阻炉内700~ 900°C恒温反应2~4h。
[0037] 步骤3 :磁性半焦吸附剂由于比表面积大、具有磁性能够吸附废水中的酚类物质， 对工业废水进行固液分离，具体吸附工艺如下：
[0038] 将步骤2得到的磁性半焦吸附剂处理含酚废水，磁性半焦吸附剂与含酚废水浴比 为1:20~1:40,含酚废水初始浓度为20mg/L~60mg/L，处理温度为15°C~35°C，保温时 间为40~60min，对含酚废水进行吸附。磁性半焦吸附剂对含酚废水的吸附工艺流程图见 图1。
[0039] 采用本发明方法，用活化剂和磁化剂处理褐煤热解产物半焦，对其进行活化改性， 通过改变含酚废水处理温度，含酚废水的处理时间，含酚废水的初始浓度均可增加磁性半 焦对含酚废水的吸附率。
[0040] 未改性半焦的氮气吸附图如图2所示，改性半焦的氮气吸附图如图3所示。
[0041] 图2、图3说明改性后的半焦在相对压力为0. 3~0. 8MPa之间等温线平缓增加，说 明改性后的半焦具有中孔结构。
[0042] 未改性半焦的孔径分布如图4所示，未改性半焦孔径分布局部放大图如图5所示， 改性半焦的孔径分布图如图6所示，改性半焦孔径分布局部放大图如图7所示。
[0043] 图4、图5说明未改性半焦的孔径主要分布在2~50nm之间，并且孔径分布杂乱， 图6、图7说明改性半焦的孔径主要集中在2~12nm之间，并且孔径宽度主要分布在4nm左 右。根据BET计算方法，可知未改性半焦比表面积为3. 1848m2/g，而改性后的半焦比表面积 达到了 715. 66m2/g，这说明改性后的半焦结构发生了变化，比较面积明显增大。
[0044] 改性半焦未负载Fe的扫描电镜图如图8所示，改性半焦负载Fe的扫描电镜如图 9所示。
[0045] 图8、图9说明改性后半焦孔隙结构丰富，为Fe的负载提供了可能，其扫面电镜图 亮度比较高，而未使用磁化剂处理的改性半焦孔径分布杂乱，表面亮度低。
[0046] 改性半焦未负载Fe的EDS图谱如图10所示，改性半焦未负载Fe的元素含量如图 11所示，改性半焦负载Fe的EDS图谱如图12所示，改性半焦负载Fe的元素含量如图13所 不。
[0047] 图10、图12说明，使用磁化剂处理的半焦其EDS图在6. 3KeV处出现Fe元素的吸 收峰，而未使用磁化剂处理的半焦H)S图并不存在这样的吸收峰，证明了使用磁化剂处理 的半焦负载有Fe元素。图11、图13说明，在使用磁化剂处理前，改性半焦Fe元素含量为 〇,而使用磁化剂处理后的半焦Fe元素的含量较高。
[0048] 未改性半焦与改性半焦的XRD表征对比如图14所示。
[0049] 图14说明，使用磁化剂处理后的半焦其XRD图在2 0 = 63. 4°和43. 63°时，峰 的强度明显加强，与标准卡片（JCPDF No 89-4186)对比，发现这两处衍射峰的位置与Fe衍 射峰的位置吻合，而未使用磁化剂处理的半焦其XRD图并不存在这样的衍射峰，表明使用 磁化剂处理后的半焦表面负载有Fe。