本發(fā)明涉及農(nóng)林廢棄物資源化利用技術(shù)和活性炭領域，特別是提供一種生物質(zhì)磁性活性炭的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著整體國民經(jīng)濟水平的提高，農(nóng)民的生活水平也得到了很大的提高。便捷化生活的同時，農(nóng)村廢棄物也越來越多，主要有農(nóng)作物秸稈，林業(yè)廢棄物等。這些廢棄生物質(zhì)目前是隨意被丟棄或者焚燒，嚴重污染環(huán)境。我國是一個農(nóng)村人口大國，將這些農(nóng)村廢棄物資源化，變“污染”為資源，不僅能解決環(huán)境問題，還能獲得很好的經(jīng)濟效益。因此，生物質(zhì)的開發(fā)利用越來越重要。目前國內(nèi)外生物質(zhì)的重要開發(fā)研究之一是用于制備生物炭或活性炭。活性炭具有發(fā)達的孔徑結(jié)構(gòu)、大的比表面積、好的吸附性和化學性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，使得活性炭成為很多領域不可或缺的材料，但活性炭使用后的回收和分離很困難，該問題日益嚴重，處理不當容易造成生態(tài)環(huán)境的破壞。研究發(fā)現(xiàn)，如果對活性炭賦磁，利用磁分離技術(shù)能很好地回收磁性活性炭。正是因為這樣的特點，利用可回收的磁性活性炭能解決金礦傳統(tǒng)工藝中尾礦的黃金流失問題。另外磁性活性炭在其他很多領域也有應用，比如：處理廢水中的懸浮物、難降解的高分子材料、有機物、重金屬離子；治療腫瘤等生物醫(yī)學中有重要應用；在發(fā)展迅速的電子行業(yè)也具有可喜的應用。因此，具有可回收優(yōu)點的磁性活性炭的制備不僅是活性炭生產(chǎn)行業(yè)，也是國防、化工、環(huán)境、能源及醫(yī)學等領域普遍關(guān)注的熱點和難題。

目前，國內(nèi)普遍是以現(xiàn)成的活性炭為原料，采用粘結(jié)的方式使活性炭和磁性劑結(jié)合。目前制備磁性活性炭的工藝復雜，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品吸附性能差和磁性劑易脫落等。例如，申請?zhí)枮镃N201510592082.8，名稱為“一種用于吸附水中重金屬的磁性活性炭的制備方法”的專利公開的技術(shù)方案為：成品的活性炭加水攪拌后，倒入亞鐵鹽溶液，調(diào)節(jié)PH使亞鐵離子生成沉淀。再加入水合肼、尿素、或者葡萄糖等還原試劑，反應且烘干后，即得到磁性活性炭。該方案直接使用現(xiàn)成的活性炭，成本高，二步法工藝復雜（包括制備活性炭和活性炭賦磁二步工藝），而且直接將亞鐵離子加堿生成沉淀會堵塞現(xiàn)有活性炭的孔徑，降低吸附性能。申請?zhí)枮镃N200910077154.X，名稱為“一種磁性活性炭的制備方法和該磁性活性炭”的專利是將原料煤、磁性物質(zhì)、粘結(jié)劑和表面活性劑充分混合后，炭化一段時間，再高溫活化一段時間。使用的粘結(jié)劑為瀝青和煤焦油，會堵塞孔徑而降低吸附性能，而高溫活化使用的溫度達到1000℃，能源消耗大。再如申請?zhí)枮镃N201610125895.0，名稱為“一種磁性活性炭的制備方法”的專利公開的技術(shù)方案為：將竹屑，月桂酸，F(xiàn)eSO₄?7H₂O，H₂O₂和水按一定比例混合后超聲一段時間，再浸漬一段時間后將混合物移至一定壓力的高壓反應釜，再用微波爐對高壓反應釜進行加熱。用0.2um的PTFE膜過濾。該方案設備復雜，生產(chǎn)成本高，不利于在實際工廠中運行推廣。再如申請?zhí)枮镃N201210103528.2，名稱為“一種煤基錳磁性活性炭的制備方法”的專利，該專利的方案為：先從電解錳渣中提取硫酸錳溶液，再用硫酸錳溶液浸泡脫灰煤粉，然后高溫活化。該方案處理電解錳渣時，使用多次加熱，攪拌，過濾，步驟繁瑣，且試驗中在酸性條件下使用了氟化鈉，有生成氟化氫的危害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明使用一步法在真空下裂解生物質(zhì)直接制備磁性活性炭，目的是制備吸附性強、磁性能優(yōu)良和化學性質(zhì)穩(wěn)定的磁性活性炭，解決現(xiàn)有方法存在孔徑堵塞、工藝步驟繁瑣和能源消耗高的問題。

原料選用木材加工廠中廢棄的杉木屑，以氯化鋅為活化劑，乙酰丙酮鐵為磁性添加劑，十六烷基三甲基氯化銨為表面活性劑。步驟為：

1）將杉木屑清洗、干燥、粉碎至過20目的篩子。

2）取氯化鋅，加水溶解，另加少許濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱取步驟1中的杉木屑加入氯化鋅溶液中浸漬若干時間，得到原料A；

3）稱取磁化劑乙酰丙酮鐵、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨加水攪拌均勻后，在75℃下水浴一小時，得到原料B；

4）將步驟2中的原料A和步驟3中的原料B充分混合攪拌后，在烘箱中烘干，得到原料C。

5）將步驟4中烘干后的原料C加入自制真空高溫的反應器中，在體系壓力為5KPa～50KPa、溫度為400℃～650℃條件下活化30～180分鐘。將活化后的產(chǎn)物在沸水中洗滌，再用去離子水沖洗至PH為中性，干燥研磨至過200目篩子，即得到了產(chǎn)品磁性活性炭。

從生產(chǎn)工藝看，本發(fā)明不用現(xiàn)成的活性炭，而是直接使用農(nóng)林廢棄物杉木屑為原料真空熱解一步法制備磁性活性炭，其次，磁性添加劑乙酰丙酮鐵分解溫度低，也跟現(xiàn)有工藝常用的磁性添加劑不一樣。因此，本發(fā)明與現(xiàn)有工藝相比，有以下優(yōu)點：第一，原料來源廣泛，既解決了農(nóng)林廢棄堆積和直接燃燒而造成的環(huán)境污染問題，又實現(xiàn)廢物資源化；第二，磁性添加劑乙酰丙酮鐵在制備過程中與生物質(zhì)的碳在活化過程中反應，生成了具有磁性的活性炭，沒有使用粘結(jié)劑，避免了孔徑堵塞的問題；第三，真空下裂解，降低反應所需活化能，跟常壓下比能減少能源消耗，同時真空下對環(huán)境污染?。坏谒?，乙酰丙酮鐵分解溫度低，能源消耗少。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例5制得的杉木基磁性活性炭的磁滯回線圖。

圖2為本發(fā)明實施例4所得磁性活性炭的XRD衍射圖譜。

圖3為本發(fā)明實施例4制得的杉木基磁性活性炭的放大倍數(shù)為1000的BSE圖。

具體實施方式

實施例1

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 與B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C。將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭碘吸附值為917.6mg/g，亞甲基藍吸附值為295mg/g，飽和磁化強度為1.14emu/g。

實施例2

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵0.48g（磁性劑添加量為6wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨0.96g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 和B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C。將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭碘吸附值為1044.7mg/g，亞甲基藍吸附值為313mg/g，飽和磁化強度為0.55emu/g。

實施例3

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵1.12g（磁性劑添加量為14wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨2.24g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 和B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C。將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭碘吸附值為888.7mg/g，亞甲基藍吸附值為240mg/g，飽和磁化強度為5.6emu/g。

實施例4

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為20wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到原料B；將A 與B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C。將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度450℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭飽和磁化強度為4.2emu/g。

實施例5

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C，將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度450℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭碘吸附值為915mg/g，亞甲基藍吸附值為284.5mg/g，所制備的磁性活性炭飽和磁化強度為2.57emu/g。

實施例6

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C。將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度550℃、體系真空度10KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭碘吸附值為946mg/g，亞甲基藍吸附值為323mg/g，飽和磁化強度為0.59emu/g。

實施例7

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C。將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度5KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭碘吸附值為927.8mg/g，亞甲基藍吸附值為297mg/g，飽和磁化強度為1.47emu/g。

實施例8

取氯化鋅16g，加70ml水溶解，另加2ml濃鹽酸防止氯化鋅水解。稱8g杉木屑在氯化鋅溶液中充分浸漬24h，得到原料A；稱取磁化劑乙酰丙酮鐵0.8g（磁性劑添加量為10wt％）、表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨1.6g置30ml水中，攪拌均勻后在75℃下水浴一小時，得到混合物B；將A 與B充分混合攪拌后，在105℃的電熱鼓風烘箱中烘干，得到原料C。將C加入自制的反應器中，抽真空和升溫加熱。在活化溫度600℃、體系真空度20KPa的條件下活化60min，將活化后的產(chǎn)物煮沸半小時，再用去離子水洗滌至PH為中性，烘干研磨制備得磁性活性炭。經(jīng)檢測，所制備的磁性活性炭碘吸附值為834mg/g，亞甲基藍吸附值為267mg/g。飽和磁化強度為2.07emu/g。