磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，包括：(1)将壳聚糖缓慢溶于氯化铁溶液中，之后加入粉末活性炭和四氧化三铁粉末，搅拌均匀；(2)磁铁分离，去离子水洗净，烘干，研磨后得到磁性粉末活性炭吸附剂。本发明专利技术还公开上述制备方法得到的吸附剂和该吸附剂的使用方法。本发明专利技术通过使用壳聚糖‑Fe共沉淀的方法，可以快速、简便、经济地制备得到磁性粉末活性炭，该吸附剂可以有效地吸附水中的有机污染物，经磁场可实现吸附剂的快速分离，并能有效地脱附再生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸附剂制备
，具体是涉及一种磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法、产品及应用。
技术介绍
近年来，废水中的污染物呈现出复杂化的趋势，其中以抗生素为代表的难降解有机污染物更是引起了人们的关注。这些污染物大多结构复杂，难以生化降解，因而运用常规处理方法如活性污泥法等难以有效地去除。当排放到环境中后，即使处于较低的浓度水平，这些污染物也会对生态产生毒害作用，并促使抗性基因的传播，从而严重威胁人类的健康。根据报道，目前高级氧化法、膜处理法以及吸附法均能够有效地处理难降解有机物。其中高级氧化法去除效率高、速度快，但存在降解产物二次污染的风险，膜处理法的成本则一直居高不下，吸附法具有操作简单、投资小等特点，尤其是对低浓度的污染物优势明显，因而利用吸附法去除水体中难降解有机污染物的研究受到了人们的广泛关注。活性炭是废水处理领域中最为重要的一种吸附剂。根据颗粒的大小，活性炭分为颗粒活性炭和粉末活性炭。颗粒活性炭粒径一般大于0.2mm,使用简便，但吸附能力较粉末活性炭有所下降，常用于固定床反应器中吸附有机污染物。粉末活性炭颗粒小，比表面积大，吸附能力强，在介质中分散阻力小，但是由于分离和回收困难，增加了粉末活性炭的使用成本。为解决这一问题，研究者们提出通过制备磁性粉末活性炭(magneticpowderedactivatedcarbon，MPAC)，既保留粉末活性炭的高吸附性能，同时利用磁场进行分离便可简单快速分离，降低使用成本。壳聚糖是一种廉价、环境友好的天然高分子化合物。由于分子中含有大量的羟基和氨基，对多种阴离子型有机物有一定的吸附能力，但吸附能力远不及粉末活性炭。当壳聚糖分子发生交联时，会形成空间网状结构，从而可以通过吸附和包覆作用捕获磁性颗粒(文岳中等，中国专利技术专利文献，磁性壳聚糖吸附剂去除碱性废水中含磺酸基染料的方法，ZL201110020472.X)。同时活性炭分子中也通常含有较多的含氧基团，因而也可以与壳聚糖分子发生作用。因而改性的壳聚糖可以作为媒介连接磁性颗粒和粉末活性炭，从而快速、简便、经济地制备得到磁性粉末活性炭。
技术实现思路
本专利技术提供了一种磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，该方法操作简单，工业成本低，且制备过程中不会产生大量的废水，易于实现工业化。本专利技术同时提供了由上述方法制备得到的磁性粉末活性炭吸附剂，该吸附剂对废水中的多种有机污染物吸附效果良好，吸附后能通过磁场快速分离回收，使用成本低。本专利技术还提供了一种利用上述磁性粉末活性炭吸附剂去除废水中有机污染物的应用方法，其步骤简单。一种磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶于氯化铁溶液中，完全溶解后加入粉末活性炭和四氧化三铁粉末，继续搅拌至混合均匀；(2)将步骤(1)得到的固液混合物进行磁铁分离，去离子水洗净，烘干，研磨后得到磁性粉末活性炭吸附剂。步骤(1)，作为优选，氯化铁的浓度为0.025～0.1mol/L，进一步优选为0.05mol/L。加入的壳聚糖的量，相对于氯化铁的量为0.1～1.0g/mmol，进一步优选为0.2～0.5g/mmol；更进一步优选为0.4g/mmol。作为优选，所述的搅拌时间优选为0.5～3小时，进一步优选为2小时。步骤(1)中，加入的壳聚糖、粉末活性炭、四氧化三铁的质量比为1:(1～2):(1～2)，进一步优选为1:2:2。在制备得到的吸附剂当中，活性炭组分起到主要的吸附作用，四氧化三铁组分主要起到磁性作用。但是，当Fe3O4的含量少时，吸附剂在磁场中难以快速反应，当含量过高时，会大幅降低吸附剂的吸附性能，因此本研究中三者的比例优选为1:(1～2):(1～2)。综合步骤(1)和步骤(2)，作为优选的方案，所述氯化铁的浓度为0.05mol/L，加入的壳聚糖的量，相对于氯化铁为0.4g/mmol；搅拌时间为2小时。加入的壳聚糖、粉末活性炭和四氧化三铁的质量比为1:2:2。本专利技术还提供了一种由上述任一技术方案所述制备方法得到的磁性粉末活性炭吸附剂。本专利技术同时提供了一种利用上述磁性粉末活性炭吸附剂去除水中有机污染物的应用方法。作为优选，所述废水中，有机污染物的浓度为0.01～100mg/L。作为优选，所述废水中，有机污染物为抗生素，作为进一步优选，所述的有机污染物包括但不限于盐酸四环素(TCH)、盐酸土霉素(OTCH)、盐酸氯霉素(CTCH)、恩诺沙星(ENR)、环丙沙星(CIP)、洛美沙星(LOM)中的一种或多种。作为优选，应用过程中，所述吸附剂的使用量为0.5～4g/L，进一步优选为2g/L。实验表明，在上述优选条件下，吸附剂对抗生素的有着较高的去除效果，在30min内达到94％以上。其中对10mg/L的盐酸四环素，去除率达到了99.9％。由于该吸附剂中起主要吸附作用的是活性炭组分，该组分的石墨层电子会与有机污染物芳香环中的π电子发生色散作用，且该作用受到pH的作用较小，因此吸附剂对有机污染物的吸附受到pH和水中无机离子的影响较小。作为进一步优选，所述废水的pH值为3～11。实验表明，在上述优选条件下，制得的吸附剂有较大的饱和磁化强度(6.48emu/g)和很小的剩余磁化强度(0.65emu/g)，因而施加磁场后能够快速将吸附剂与水分离。此外，利用0.1mol/L的NaOH溶液可以使吸附后的吸附剂快速脱附再生。本专利技术采用的壳聚糖铁分子中含有丰富的氨基和羟基，可以结合Fe3O4表面上的Fe3+和活性炭表面的含氧基团，同时活性炭和Fe3O4被包覆到CS-Fe分子的网状结构中。另外，从产品和对比样品的扫描电镜照片中，也可进一步看出，本专利技术制得的吸附剂形貌较CS-Fe(壳聚糖和氯化铁的结合，没有加入活性炭和磁性铁)和原有的活性炭和Fe3O4生了明显的变化，表明该吸附剂不是三者之间简单的物理混合。本专利技术的基于壳聚糖-Fe共沉淀的磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，该方法操作简单，工业成本低；本专利技术采用在粉末活性炭中参入磁性四氧化三铁粉末，使得磁性粉末活性炭吸附剂收集简单易行的同时，也方便了吸附剂吸附后的分离，以及吸附剂脱附后的分离，实现了对活性炭吸附的“基因”改良。使用本专利技术制备得到的磁性粉末活性炭吸附剂时，直接将吸附剂投入到需要处理的废水中即可，操作非常简单。吸附完成后，通过施加磁场可以将吸附剂与水分离，并且通过NaOH可以快速脱附再生，具有极大的实用价值，同时，再生后的吸附剂具有非常好的吸附去除性能，可以反复使用，大幅度降低了吸附剂的使用成本。本专利技术的磁性粉末活性炭吸附剂使用时，常见的无机盐(常见的钠盐、钙盐、钾盐等)，表面活性剂(十二万基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等)以及腐殖酸等对其吸附去除效果影响很小，甚至没有影响，这也进一步整理本专利技术的吸附剂的实用性和适用性。总之，本专利技术通过使用壳聚糖-Fe共沉淀的方法，可以快速、简便、经济地制备得到磁性粉末活性炭，该吸附剂可以有效地吸附水中的有机污染物，经磁场可实现吸附剂的快速分离，并能有效地脱附再生。附图说明图1为(A1-A2)对比例2，(B1-B2)对比例1，(C1-C2)对比例3和(D1-D2)实施例1的扫描电镜照片；图2为实施例1(CS-Fe/Fe3O4/PAC)和对比例1(CS-Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶于氯化铁溶液中，完全溶解后加入粉末活性炭和四氧化三铁粉末，继续搅拌至混合均匀；(2)对步骤(1)得到的混合物利用磁铁分离，去离子水洗净，烘干，研磨后得到磁性粉末活性炭吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶于氯化铁溶液中，完全溶解后加入粉末活性炭和四氧化三铁粉末，继续搅拌至混合均匀；(2)对步骤(1)得到的混合物利用磁铁分离，去离子水洗净，烘干，研磨后得到磁性粉末活性炭吸附剂。2.根据权利要求1所述的磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氯化铁溶液的浓度为0.025～0.1mol/L。3.根据权利要求1所述的磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，壳聚糖与氯化铁的质量摩尔比为0.1～1.0g/mmol。4.根据权利要求1所述的磁性粉末活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加入的壳聚糖、粉末活性炭、四氧化三铁的质量比为1:(1～2):(1～2)。5.一种磁性粉末活性炭吸附剂，其特征在于，由权利1～4任一所...

【专利技术属性】
技术研发人员：文岳中，马建青，刘维屏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33