一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂及其制备方法与应用。该吸附剂以花生壳为原料，引入FeCl3·6H2O作为赋磁物质和化学活化剂，CO2作为物理活化剂，将花生壳粉直接与一定比例的FeCl3·6H2O混合浸渍，在管式炉中通入CO2进行热处理，将花生壳直接转化为兼具磁性和高吸附能力的磁性活性炭，并将其应用于孔雀石绿染料废水的吸附处理。本发明专利技术利用生物质固体废弃物处理染料废水，实现了以废治废。且制备工艺简单、成本低、环境污染小，制备的磁性活性炭对染料废水的吸附处理取得了稳定、理想的效果，并且可以在外加磁场下可实现快速分离回收。

A magnetic activated carbon adsorbent based on waste biomass and its preparation and Application

The invention discloses a magnetic activated carbon adsorbent based on waste biomass, a preparation method and application thereof. The adsorbent takes peanut shell as raw material, introduces FeCl3.6H2O as magnetizing substance and chemical activator, CO2 as physical activator, mixes peanut shell powder with a certain proportion of FeCl3.6H2O, and then heat-treats peanut shell with CO2 in a tubular furnace. The peanut shell is directly converted into magnetic and high adsorption magnetic activity. Carbon was applied to the adsorption treatment of malachite green dye wastewater. The invention uses biomass solid waste to treat dyestuff wastewater and realizes waste disposal. The magnetic activated carbon has the advantages of simple preparation process, low cost and little environmental pollution. The magnetic activated carbon can adsorb dye wastewater stably and effectively, and can be quickly separated and recovered under the applied magnetic field.

【技术实现步骤摘要】
一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及活性炭制备领域，具体涉及一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂及其制备方法与应用。
技术介绍
现代社会生产过程中，印染、造纸、印刷等行业产生大量的染料废水，其具有成分复杂、有机物浓度深、色度高、毒性大、不易生物降解等特点，且在光、热、氧化剂等条件下非常稳定，难以用一般的生化方法处理。作为处理难度较大的工业废水之一，染料废水对水体造成直接污染、阻碍水生植物的光合作用，同时对人类健康构成潜在威胁。目前，染料废水的主要处理方法包括氧化法、萃取法、吸附法和催化法和超声波降解法等。其中吸附法以其简单实用性和较高的吸附性能成为理想的处理技术，引入含量丰富、可再生、成本低廉的生物质资源作为活性炭吸附剂的前驱体，有助于提高吸附技术大规模应用于处理染料废水的可行性。但是已吸附了大量有害物质的活性炭不能得到有效的回收，将会不可避免的造成二次污染。近年来，人们常会通过在吸附材料上负载磁性物质即磁性吸附剂，以改善材料的分离特性是解决上述问题的途径之一。磁性活性炭（MAC）是一种兼具高吸附性能和磁性能的理想吸附剂，将磁分离技术应用于吸附完成后饱和活性炭在液相污染物中的分离回收，省略长时间的过滤或离心步骤，具有处理速度快、效率高、设备操作简便、建造和维修费用低等优点。常用磁性物质为Fe、Ni、Pd、Cr等金属的单质、合金或化合物。同时，金属离子的引入对活化反应的催化作用和对活性炭表面官能团的改变又直接或间接的影响了活性炭的吸附性能。我国是农业大国，农作物产量高，造成了农林废弃物产量大。由于废弃生物质的成本低，具有粗糙的表面结构、多孔结构及细胞壁的毛细管结构，表面积大、孔隙率高，另外，含有大量的活性基团，亲水性好，其含有的纤维素对污染物有潜在的吸附性能，因此，将农林废弃物用于制备活性炭吸附剂的原料，并应用于污水处理，具有较高的可行性。CN103316636A公开了一种生物质基磁性活性炭的制备方法。首先通过物理或化学方法制备生物质活性炭，同时通过共沉淀法或催化法制备纳米级Fe3O4磁流体，然后将活性炭与磁流体混合，在N2保护下微波加热获得磁性活性炭。此工艺需要事先分别制备活性炭和磁流体，制备步骤繁琐，且材料结构不够稳定，易造成磁性介质的脱落。CN106984272A公开了一种用于水处理的磁性活性炭吸附剂的制备方法。以活性炭、FeCl3·6H2O和醋酸钠为原料，在密闭体系中乙二醇将部分三价铁还原成二价铁，在碱性条件下反应生成磁性Fe3O4在活性炭表面成核和生长，形成磁性活性炭吸附剂。该工艺引入化学药品较多，制备成本较高，造成不可避免的环境污染问题，且Fe2+在碱性条件下生成沉淀，可能会造成堵孔问题，降低活性炭吸附性能。CN101847481A公开了一种废弃生物质制备C-Fe核壳磁性活性炭的新工艺。将废弃生物质与FeCl3、ZnCl2混合溶液以一定比例混合，将混合物在惰性氛围内裂解，一次性完成生物质的碳化、活化和磁化过程。该工艺制备过程简单，但实验表明，大部分Fe3+在N2氛围下被彻底还原为铁单质，活性炭中磁铁矿Fe3O4的含量较低，造成磁性活性炭的磁性较弱的问题。综上所述，现有磁性生物质活性炭的制备工艺普遍存在工艺步骤繁琐、制备成本较高、磁性介质易脱落、反应产物污染环境、活性炭孔径堵塞、磁性和吸附能力较差的问题。
技术实现思路
针对现有技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂及其制备方法与应用，该磁性活性炭吸附剂以花生壳为原料，引入FeCl3·6H2O作为赋磁物质和化学活化剂，在CO2气氛下，一次性完成化学-物理活化和磁化步骤，简化了制备步骤，所得磁性吸附剂的磁性吸附效果好，且活性炭孔径不易被堵塞。为解决现有技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂，包括花生壳粉和六水合氯化铁，所述花生壳粉与六水合氯化铁的质量比为8:1-6。作为改进的是，所述花生壳粉与六水合氯化铁的质量比为2:1。上述基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将洁净的花生壳粉碎至60-100目，干燥备用；步骤2，称取FeCl3·6H2O溶于150ml去离子水中，再加入花生壳粉，磁力搅拌使花生壳与FeCl3·6H2O溶液充分接触后，抽滤去除多余溶液，并将剩余固体置于105℃干燥箱中干燥至恒重，得花生壳/FeCl3混合物；步骤3，称取适量花生壳/FeCl3混合物置于单温区卧式管式炉中，通入CO2气体，升温至800-900℃并保持90min，自然冷却，冷却过程将CO2切换为N2，即得磁性活性炭吸附剂。作为改进的是，步骤3中CO2气体流量250mL/min，N2的流量为150mL/min。作为改进的是，步骤3的升温速率为10℃/min。上述基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂在废水处理中应用。作为改进的是，所述废水为孔雀石溶液，且初始浓度为800mg/L。作为改进的是，所述待处理废水的pH调节范围为6-11。有益效果：本专利技术以花生壳为原料，引入FeCl3·6H2O作为赋磁物质和化学活化剂，CO2作为物理活化剂，一次性完成化学-物理活化和磁化步骤，实现磁性活性炭制备过程的简化，并将制备的磁性生物质活性炭应用于废水处理，且处理效果优良。与现有技术相比，本专利技术的优势在于以下几点：1.成本低廉，原料来源广泛。花生壳作为废弃的生物质，来源广泛，作为磁性活性炭的原料，既实现了农业废弃物的资源化利用，避免了直接燃烧造成的环境污染问题，又将其应用于染料废水的吸附处理，实现以废治废；2.制备过程中仅添加六水硫化铁，减少化学试剂的引入，降低了磁性活性炭的成本，并减少了对环境的污染；3.本专利技术制备方法采用一部法制备兼具磁性和高吸附性能的磁性生物质活性炭，工艺步骤简单，有利用实现大规模工业应用；4.本专利技术制备过程在CO2弱氧化气氛下，部分Fe3+被还原成Fe2+，反应形成C-Fe复合物，热力学稳定的磁性Fe3O4晶体相均匀分布在碳材料表面，保证了活性炭的稳定磁性，相对于同等实验条件下N2气氛下制备的吸附剂（对比例3），减少了Fe3+被彻底还原为铁单质的比例；5.煅烧过程中温度高于800℃时，CO2氛围下将原料发生剧烈的CO2-C反应，刻蚀活性炭的碳骨架，对微孔的造孔作用明显，有利于提高活性炭的比表面积和孔体积，进而提高活性炭的吸附能力；6.本专利技术制备的磁性活性炭吸附剂在较大pH范围内（尤其碱性条件下）均保持较高吸的附能力，且在pH=6-11的范围内吸附性能较为稳定，对污水处理能力强，采用1.2T的磁铁棒靠近容器壁，可以在30s内将携带染料分子的磁性活性炭吸附剂从废水中分离出来，分离速度快，回收效率高。附图说明图1为实施例3制备的磁性活性炭吸附剂的SEM图；图2为实施例3和对比例3制备的磁性活性炭吸附剂的XRD图；图3为实施例3制备的磁性活性炭吸附剂的VSM图；图4为实施例3制备的磁性活性炭吸附剂对孔雀石绿染料废水的吸附量随溶液pH的变化情况；图5为实施例3制备的磁性活性炭吸附剂通过1.2T的磁铁棒靠近容器壁分离过程图，其中，1-1.2T的磁铁棒，2-磁性活性炭吸附剂。具体实施方式现结合图1-4和具体实施例来对本专利技术展开详细说明，但不用来限定本专利技术的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂，其特征在于，包括花生壳粉和六水合氯化铁，所述花生壳粉与六水合氯化铁的质量比为8:1‑6。

【技术特征摘要】
1.一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂，其特征在于，包括花生壳粉和六水合氯化铁，所述花生壳粉与六水合氯化铁的质量比为8:1-6。2.根据权利要求1所述的一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂，其特征在于，所述花生壳粉与六水合氯化铁的质量比为2:1。3.基于权利要求1-2中任一种基于废弃生物质的磁性活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将洁净的花生壳粉碎至60-100目，干燥备用；步骤2，称取FeCl3·6H2O溶于150ml去离子水中，再加入花生壳粉，磁力搅拌使花生壳与FeCl3·6H2O溶液充分接触后，抽滤去除多余溶液，并将剩余固体置于105℃干燥箱中干燥至恒重，得花生壳/FeCl3混合物；步骤3，称取适量花生壳/FeCl3混合物置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞强，李晓蕾，蒋孝晨，彭旷野，赵兴民，郭成龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32