專利名稱：一種復(fù)合磁性吸附材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域。準(zhǔn)確地說，本發(fā)明屬于一種復(fù)合磁性吸附材料及其制備方法，以及所述復(fù)合磁性吸附材料在處理廢水中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
廢水處理方法中吸附法是利用吸附劑對(duì)廢水中污染物的吸附作用去除污染物。吸附劑是多孔性物質(zhì)，具有很大的比表面積，活性炭是目前最有效的吸附劑之一，能有效地去除廢水的色度和COD?；钚蕴刻幚砣玖蠌U水在國(guó)內(nèi)外都有研究，但活性炭對(duì)廢水中污染物進(jìn)行吸附后，會(huì)有分離不徹底等問題，尤其粉末狀活性炭再生效果劣于顆粒狀活性炭。將活性炭從污水中分離出的方法為物理分離、過濾等。粉末狀活性炭吸附速度快，因而制備具有磁性的粉狀活性炭不但有可能解決其收集及再生效率低的問題，更迎合了磁分離技術(shù)的占地面積小、效率高、投資少的優(yōu)點(diǎn)。一些污水中污染物分離處理技術(shù)示例如下1、“超導(dǎo)磁分離污水處理系統(tǒng)中納米磁種子材料的制備和表征”，張浩等。低溫工程，第八屆全國(guó)低溫工程大會(huì)暨中國(guó)航天低溫專業(yè)信息網(wǎng)2007年度學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集。文中使用等離子聚合的方法將丙烯酸鍍?cè)谒难趸F表面，用于造紙、有機(jī)污水的處理。2、“高效溶氣氣浮和磁分離處理高含量聚合物油田污水”，許浩偉等。水處理技術(shù)， 2009,09.采用先回收油，再去除污染物方法。3、高濁度原水磁絮凝的分離實(shí)驗(yàn)，史少欣等。南昌航空學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程系，水處理技術(shù)，2002，6。將!^e3O4表面經(jīng)過硅烷化處理，處理高濁度污水，過程中添加聚丙烯酰胺配合。本發(fā)明制備的復(fù)合磁性吸附材料與文獻(xiàn)1中所制備的納米磁種子相比具有成本低、可靠性高的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)1中所采用的等離子鍍膜的方法改性粉末應(yīng)用于化工污水處理。 其單次產(chǎn)量少，僅零點(diǎn)幾克，較難實(shí)現(xiàn)放大生產(chǎn)，而球磨制備粉末的方法是工業(yè)生產(chǎn)中常見的方法。文獻(xiàn)2中所用到的磁粉為純粹四氧化三鐵，文獻(xiàn)3將四氧化三鐵硅烷化改性，這二種磁性粉末本身并無吸附性能。本發(fā)明的復(fù)合磁性吸附材料則避免了上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合磁性吸附材料及其制備方法。該復(fù)合磁性吸附材料一方面能通過活性炭顆粒表面特有的吸附作用，將污水中的小分子污染物、雜質(zhì)吸附在其表面；另一方面利用表面和內(nèi)部的納米狗304的磁吸附性，通過磁分離，將吸附著污染物的磁性吸附材料帶出，是一種具有凈化水質(zhì)作用的材料。四氧化三鐵是一種黑色固體，不溶于水，溶于酸，有磁性。高溫下鐵與水蒸氣反應(yīng)可以得到四氧化三鐵，而納米級(jí)的狗304的制備主要通過化學(xué)共沉淀的方法。按摩爾比2 1 將三價(jià)鐵鹽和二價(jià)鐵鹽溶于蒸餾水，然后滴加堿溶液可以制得納米狗304材料。根據(jù)具體實(shí)施流程不同，可以制備不同尺寸大小的納米!^e3O4材料。
3CN 102527332 A本發(fā)明所述的復(fù)合磁性吸附材料是由粉狀活性炭顆粒及其表面或內(nèi)部混雜嵌入的磁性材料構(gòu)成。所述磁性材料為納米狗304，所述磁性材料納米!^e3O4的粒徑在50nm以下，所述活性炭為粉狀活性炭，尺寸IOOum 1mm，所述復(fù)合磁性吸附材料其顆粒尺寸在微米級(jí)。所述的復(fù)合磁性吸附材料是由粉狀活性炭顆粒和納米!^e3O4經(jīng)過機(jī)械球磨，使納米!^e3O4混雜嵌入所述粉狀活性炭顆粒的內(nèi)部、表面制成。所述球磨如下進(jìn)行1)將粉末活性炭顆粒與納米!^e3O4放入不銹鋼研磨罐中，球磨速度控制在100 300r/min ；2)球磨時(shí)間為30min 2h。具體地說，所述復(fù)合磁性吸附材料的制備方法如下所述1、將總質(zhì)量1 5g，質(zhì)量比在4 1至5 3范圍內(nèi)的活性炭及納米!^e3O4置入不銹鋼研磨罐中，并把大小不等的鋼珠放入研磨罐，蓋上并旋上螺絲擰緊。2、將不銹鋼罐安在球磨機(jī)上，調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速在100 300r/min，球磨時(shí)間在 30min 池。過程中，球磨機(jī)每隔10 30min倒換轉(zhuǎn)動(dòng)方向一次。3、球磨結(jié)束后，關(guān)閉球磨機(jī)電源，取下球磨罐，倒出磁性粉末。上述工藝流程中，有下述幾點(diǎn)是必須要注意的。上述過程中，第1步驟前，需要對(duì)活性炭進(jìn)行干燥，干燥溫度為40°C 60°C，進(jìn)行干燥4 6h。上述過程中，不銹鋼研磨罐和罐體之間需要墊上密封圈。擰緊研磨罐時(shí)，不能一次性把一只螺絲擰得太緊，應(yīng)該把兩兩對(duì)稱的螺絲擰下一點(diǎn)，再擰下另外1對(duì)。最后全部擰緊。上述過程中，在把研磨罐放入球磨機(jī)之前，需要對(duì)研磨罐進(jìn)行抽真空處理。上述過程中，通過化學(xué)共沉淀法制備納米狗304。上述過程中，所用的活性炭為市場(chǎng)上能夠買到的活性炭，尺寸在IOOum 1mm。本發(fā)明的復(fù)合磁性吸附材料具有吸附功能，如下所述通過研磨作用，使得納米!^e3O4嵌入活性炭顆粒的內(nèi)部或表面，過程中活性炭顆粒變小、其孔結(jié)構(gòu)變少。通過活性炭顆粒表面特有的吸附作用，將污水中的小分子污染物、雜質(zhì)吸附在其表面。然后在磁場(chǎng)帶動(dòng)下，載有污染物及納米!^e3O4的復(fù)合磁性材料被帶出。因此，該磁性吸附材料具有凈化水質(zhì)的作用。該復(fù)合磁性吸附材料用于污水處理時(shí)，速度快?；钚蕴款w粒較大的比表面積可以快速吸附水中污染物，在磁場(chǎng)作用下又可以很容易地將磁種從污水中分離出來。因此該方法較之其他水處理方法好的優(yōu)點(diǎn)在于速度快、成本低。并且該磁性吸附材料生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生副產(chǎn)物，因此它是一種綠色化學(xué)制備過程，更加適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)下的戰(zhàn)略需求。本發(fā)明通過機(jī)械球磨的方法在活性炭顆粒表面混雜嵌入納米狗304，使其具有吸附功能的同時(shí)也具有磁性。制備過程中無溶劑、無副產(chǎn)物，是典型的綠色合成過程，符合原子經(jīng)濟(jì)要求。制備的復(fù)合磁性吸附材料相比活性炭顆粒來講，吸附污染物能力略有下降，但其具有很好的磁性。在磁分離處理污水的循環(huán)使用流程中，具有很大的優(yōu)勢(shì)。
本方法制備的復(fù)合磁性吸附材料原料來源易得，其中納米!^e3O4可以采用化學(xué)共沉淀法合成，也可以買商品的狗304。本發(fā)明所用的納米!^e3O4為采用化學(xué)共沉淀法合成的納米 Fii3O4。


圖1為納米Fii3O4材料的TEM照片。圖2為球磨罐抽真空示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋。納米Fii3O4的制備實(shí)施例1首先制備納米Fe53O4，其合成步驟如下1、配制摩爾比2 1的!^eCl3 · 6H20和!^eSO4 · 7H20的水溶液于三口錐形瓶，配置適量氨水，且1 NH3摩爾比為3 8。2、鐵鹽溶液中通入惰性氬氣，以驅(qū)走錐形瓶及溶液中的氧氣。在強(qiáng)烈攪拌下緩緩滴入氨水，注意體系要密封隔絕氧氣。至溶液PH約8時(shí)，終止反應(yīng)。靜置后，用磁鐵分離出 I^e3O4，用去離子水洗至中性。再轉(zhuǎn)移至表面皿中，60°C下烘箱干燥6小時(shí)。然后取出保存。 納米Fe53O4TEM照片如附圖1所示。將活性炭顆粒與納米!^e3O4復(fù)合制備為復(fù)合磁性材料實(shí)施例2按照如下步驟將活性炭顆粒與納米!^e3O4復(fù)合制備為復(fù)合磁性材料。1、將準(zhǔn)備與納米!^e3O4進(jìn)行復(fù)合制備的活性炭顆粒進(jìn)行干燥，干燥溫度為40°C。2、將活性炭顆粒與納米!^e3O4以4 1的質(zhì)量比進(jìn)行混合，所述活性炭顆粒與納米 Fe3O4的總質(zhì)量為5g。3、將混合后的活性炭顆粒及納米!^e3O4置入不銹鋼研磨罐中。4、將所述不銹鋼研磨罐進(jìn)行真空抽氣處理，其步驟為如下所述。1)將球磨罐進(jìn)行真空抽氣，如圖2中所示，由A 口通入氬氣，B 口連通抽氣機(jī)，開始抽氣時(shí)，將A 口螺栓擰住，啟動(dòng)B 口連著的抽氣機(jī)，抽氣約三分鐘。2)抽氣結(jié)束后，接著擰緊B 口，旋開A 口，通入一些氬氣。3)再擰緊A 口，打開B 口，重新啟動(dòng)抽氣機(jī)。按照如上步驟反復(fù)3次，以保證不銹鋼中的空氣基本去除。5、將不銹鋼罐安在球磨機(jī)上，調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速在100r/min，球磨時(shí)間在30min。過程中，球磨機(jī)每IOmin倒換轉(zhuǎn)動(dòng)方向一次。6、球磨結(jié)束后，關(guān)閉球磨機(jī)電源，取下球磨罐，倒出磁性粉末。實(shí)施例31、將準(zhǔn)備與納米Fe53O4進(jìn)行復(fù)合制備的活性炭顆粒進(jìn)行干燥，干燥溫度為45°C。2、將活性炭顆粒與納米!^e3O4以5 3的質(zhì)量比進(jìn)行混合，所述活性炭顆粒與納米 Fe3O4的總質(zhì)量為5g。
3、將混合后的活性炭顆粒及納米Fe53O4置入不銹鋼研磨罐中。4、將所述不銹鋼研磨罐進(jìn)行真空抽氣處理，其步驟同實(shí)施例2。5、將不銹鋼罐安在球磨機(jī)上，調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速在150r/min，球磨時(shí)間在池。過程中，球磨機(jī)每30min倒換轉(zhuǎn)動(dòng)方向一次。6、球磨結(jié)束后，關(guān)閉球磨機(jī)電源，取下球磨罐，倒出磁性粉末。實(shí)施例41、將準(zhǔn)備與納米Fe53O4進(jìn)行復(fù)合制備的活性炭顆粒進(jìn)行干燥，干燥溫度為60°C。2、將活性炭顆粒與納米!^e3O4以5 3的質(zhì)量比進(jìn)行混合，所述活性炭顆粒與納米 Fe3O4的總質(zhì)量為3g。3、將混合后的活性炭顆粒及納米Fe53O4置入不銹鋼研磨罐中。4、將所述不銹鋼研磨罐進(jìn)行真空抽氣處理，其步驟同實(shí)施例2。5、將不銹鋼罐安在球磨機(jī)上，調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速在300r/min，球磨時(shí)間在lh。過程中，球磨機(jī)每30min倒換轉(zhuǎn)動(dòng)方向一次。6、球磨結(jié)束后，關(guān)閉球磨機(jī)電源，取下球磨罐，倒出磁性粉末。實(shí)施例5將準(zhǔn)備與納米!^e3O4進(jìn)行復(fù)合制備的活性炭顆粒進(jìn)行干燥，干燥溫度為50°C。2、將活性炭顆粒與納米!^e3O4以4 1的質(zhì)量比進(jìn)行混合，所述活性炭顆粒與納米 Fe3O4的總質(zhì)量為5g。3、將混合后的活性炭顆粒及納米!^e3O4置入不銹鋼研磨罐中。4、將所述不銹鋼研磨罐進(jìn)行真空抽氣處理，其步驟同實(shí)施例2。5、將不銹鋼罐安在球磨機(jī)上，調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速在200r/min，球磨時(shí)間在lh。過程中，球磨機(jī)每20min倒換轉(zhuǎn)動(dòng)方向一次。6、球磨結(jié)束后，關(guān)閉球磨機(jī)電源，取下球磨罐，倒出磁性粉末。實(shí)施例6將實(shí)施例2和3制備的復(fù)合磁性吸附材料(分別稱為磁吸附材料1和磁吸附材料 2)用于水質(zhì)處理。其對(duì)照為，經(jīng)過磁性吸附材料處理后的污水與未處理的污水COD值對(duì)照，還有就是將磁性吸附材料去除污染物能力與活性炭去除污染物能力進(jìn)行比較(活性炭質(zhì)量與磁性吸附材料中活性炭含量相等)。過程取25ml污水(華鑫印染廠，)，加入一定量磁性吸附材料1或磁性吸附材料 2，劇烈搖晃后放入超聲波清洗器中振蕩約15分鐘，然后取出離心。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，用重鉻酸鉀法測(cè)試水質(zhì)COD。結(jié)果如下表1所示。表1按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，用重鉻酸鉀法測(cè)試水質(zhì)COD
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合磁性吸附材料，由粉狀活性炭顆粒及其表面或內(nèi)部混雜嵌入的納米I^e3O4 構(gòu)成；所述復(fù)合磁性吸附材料其顆粒尺寸為微米級(jí)。
2.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合磁性吸附材料，其特征在于，所述復(fù)合磁性吸附材料由粉狀活性炭顆粒和納米I^e3O4經(jīng)過機(jī)械研磨，使納米!^e3O4混雜嵌入所述粉狀活性炭的內(nèi)部、 表面制成。
3.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合磁性吸附材料，其特征在于，所述復(fù)合磁性吸附材料中， 活性炭顆粒與納米I^e3O4的質(zhì)量比為4 1 5 3。
4.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合磁性吸附材料，其特征在于，所述復(fù)合磁性吸附材料尺寸在IOOum Imm0
5.一種制備權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合磁性吸附材料的制備方法，其特征在于， 將粉狀活性炭顆粒和納米I^e3O4經(jīng)過機(jī)械研磨，使納米!^e3O4混雜嵌入所述粉狀活性炭的內(nèi)部、表面制成。
6.按照權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述機(jī)械研磨為球磨；所述球磨如下進(jìn)行1)將粉末活性炭顆粒與納米!^e3O4放入不銹鋼研磨罐中，球磨速度控制100 300r/min ；2)球磨時(shí)間為30min 2h。
7.按照權(quán)利要求6所述的復(fù)合磁性吸附材料制備方法，其特征在于，粉狀活性炭顆粒與納米!^e3O4研磨前，需對(duì)粉狀活性炭顆粒進(jìn)行干燥，溫度控制在40 60°C，時(shí)間4 6h。
8.按照權(quán)利要求6所述的復(fù)合磁性吸附材料制備方法，其特征在于，所述不銹鋼研磨罐在放入球磨機(jī)研磨前，需要對(duì)其進(jìn)行抽真空處理。
9.按照權(quán)利要求6或8所述的復(fù)合磁性吸附材料制備方法，其特征在于，球磨時(shí)要控制球磨機(jī)每隔10 30min改變一次球磨的方向。
10.一種如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合磁性吸附材料的應(yīng)用，其特征在于，用于磁分離污水處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合磁性吸附材料及其制備方法和應(yīng)用。通過機(jī)械研磨，使納米Fe3O4混雜嵌入顆粒狀活性炭?jī)?nèi)部、表面等。實(shí)驗(yàn)表明，該磁性吸附材料吸附污染物性能稍弱于活性炭，但該磁性吸附材料可用于超導(dǎo)磁分離處理污水，從而達(dá)到快速、有效、可持續(xù)利用、節(jié)能降耗的目的。
文檔編號(hào)C02F1/48GK102527332SQ20101062395
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張 浩, 李來風(fēng), 梁羽, 王秀文, 趙正權(quán), 陳振 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所