磁性水热炭的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性水热炭，其制备方法是将磁性材料与有机废水在180‑240℃条件下反应8‑12h，分离所得沉淀并烘干，即为所制备的磁性水热炭；所述有机废水中的有机碳与所述磁性材料的质量比为0.15～3.5。本发明专利技术还给出利用该磁性水热炭对废水进行高效除铊的方法，投加所述的磁性水热炭与次氯酸盐协同处理含铊废水，对反应完毕后磁性水热炭进行脱附，该磁性水热炭可循环利用，其吸附的铊元素富集至脱附液中。本发明专利技术成本低廉，磁性材料除铊负荷达1700mg/g以上，可反复利用磁性水热炭，还能高效去除废水中的铊元素，适用于各种低、中与高浓度含铊废水进行铊的净化。

Preparation and application of magnetic hydrothermal carbon

The invention discloses a magnetic hydrothermal carbon, which is prepared by reacting magnetic material with organic wastewater at 180 240 C for 8 12 h, separating and drying the precipitated magnetic hydrothermal carbon, i.e. the prepared magnetic hydrothermal carbon; the mass ratio of organic carbon in the organic wastewater and the magnetic material is 0.15-3.5. The invention also provides a method for efficient thallium removal from wastewater by using the magnetic hydrothermal charcoal. The magnetic hydrothermal charcoal and hypochlorite are added to treat wastewater containing thallium, and the magnetic hydrothermal charcoal is desorbed after the reaction is completed. The magnetic hydrothermal charcoal can be recycled and the thallium element adsorbed by the magnetic hydrothermal charcoal can be enriched in the desorption solution. The invention has low cost, a magnetic material removing thallium load of more than 1700mg/g, can reuse magnetic hydrothermal charcoal repeatedly, and can efficiently remove thallium elements in wastewater, and is suitable for purifying thallium in various low, medium and high concentration wastewater containing thallium.

【技术实现步骤摘要】
磁性水热炭的制备方法及其应用
本专利技术属于废水处理
，涉及一种水处理多孔材料，具体涉及一种磁性水热炭及其制备方法与应用。本专利技术的磁性水热炭能够有效去除含铊废水中的铊元素，并可实现铊元素的富集回收。
技术介绍
铊是一种稀有分散重金属元素，也是一种剧毒重金属元素，其毒性高于镉、汞、铅等重金属，且具有较强的水热蓄积性，可对人体与生态环境产生极大的威胁。自然环境含铊矿物的风化，以及现代工业活动是主要的铊污染来源。近年来，含铊矿物的大量开采与加工，以及在光学、医药、航天、高能物理、超低温材料和超导材料等行业新技术常需用到铊的化合物，致使铊污染风险大大增加。目前，除铊技术主要包括氧化沉淀法、离子交换法、溶剂萃取法与吸附法等。其中，吸附法由于快速高效与操作简便的特点，受到最多的关注与研究。常用的吸附剂采用具有一定除铊效果的纳米二氧化锰、过氧化钛、钛酸盐，氧化铝、木屑、铵树叶等。科技文献“Selectivecaptureofthallium(I)ionfromaqueoussolutionsbyamorphoushydrousmanganesedioxide”，及“Effectiveremovaloftracethalliumfromsurfacewaterbynanosizedmanganesedioxideenhancedquartzsandfiltration”分别描述了采用二氧化锰及改性二氧化锰处理含铊废水的技术方案，其对模拟配水和低浓度地表水虽然有较好效果，但成本较高，材料分离较为困难且循环再生能力较弱。中国专利CN201310572352.X公开了一种非磁性铁基材料并用其处理含铊废水，该方法成本也较高，材料分离操作复杂，回收较为困难，且循环再生能力较弱，不具备铊富集回收功能。其他纳米材料因材料粒径小，固液分离较为困难，限制了纳米除铊吸附材料的广泛应用。水热炭是一种由含有机物的水溶液在高温下制备的多孔材料，比表面积大，化学稳定性强，类似于活性炭或生物炭，是一种优良的水处理吸附材料。当前已经有多种水热炭材料，如葡萄糖、淀粉、草的粉末等可制备成优良的水热炭。但经实验验证，这些材料需要在强碱性(pH>11)条件才能获得较好的除铊效能，这大大增加了处理成本，并且后续处理步骤复杂。还有，目前大部分的水热炭多采用人工合成的有机废水进行制备，需要耗费一定的化学药剂成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的现有技术问题：当前废水除铊技术操作流程复杂，运行成本高，除铊效果不稳定，铊吸附负荷不高，难以实现工业应用；再者，现有废水除铊技术不具备铊元素的富集、浓缩与回收功能，使得除铊元素材料成为处理成本更高的危险废物。针对上述现有废水除铊技术存在的诸多缺陷，通过专利技术人的大量实验与深入研究，本专利申请提供了一种高效、高负荷、操作简便、原料廉价易得、稳定性强兼具除铊与富集回收铊的技术。具体而言，本专利技术给出一种磁性水热炭及其制备方法。这种磁性水热炭采用有机废水和磁性材料为合成物料，所述有机废水选用实际有机废水取代人工合成的有机废水，无需耗费一定的化学药剂成本。为了提高基于实际有机废水合成的水热炭的可分离性，可将其负载于纳米磁性材料中作为磁性除铊复合材料，可极大提升其固液分离能力。所述磁性水热炭的制备方法，其采用磁性材料与有机废水在180-240℃条件下反应8-12h，分离所得沉淀并烘干，即为所制备的磁性水热炭；所述有机废水中的有机碳与所述磁性材料的质量比为0.15-3.5。作为所述制备方法的优选实施方式之一，所述磁性材料为铁基磁性材料、钴基磁性材料和镍基磁性材料中的一种或几种。进一步优选地，所述磁性材料选用四氧化三铁，铁酸镍，铁酸钴，以四氧化三铁为主的工业或天然磁性矿渣中的一种或几种。为了制得性能优异的磁性除铊复合材料，对本领域的普通技术人员而言，本专利技术选用的铁基磁性材料需要经多次研磨以达到适宜的颗粒粒径(细度)，比如，选用反复研磨并过200目筛的铁基磁性材料作为制备磁性水热炭的磁性材料。需要指出的是，本专利技术所指的磁性材料除铁基磁性材料外，还可进一步包括钴基磁性材料和镍基磁性材料等。本领域普通技术人员在本专利技术技术方案的教导下，可以非创造性选用钴基磁性材料和/或镍基磁性材料取代铁基磁性材料，并实现本专利技术所述废水除铊的技术效果。本专利技术优选铁基磁性材料作为所述磁性材料，主要是考虑了铁基磁性材料廉价易得，降低废水处理的物料成本。作为所述制备方法的优选实施方式之一，所述有机废水选用印染废水、制革废水、垃圾渗滤液中的一种或几种。本专利技术采用以实际有机废水为原料制备多孔水热炭，并将其包覆于纳米磁性材料上得以合成吸附性能高效、吸附量极高、固液分离性能优良与可循环再生性强的磁性除铊复合材料。在基于实际有机废水的磁性水热炭合成的技术方案中，磁性水热炭中的碳元素来源于有机废水，所述有机废水中的有机碳浓度为150-3000mg/L。本专利专利技术人提出使用实际有机废水来合成水热炭材料，代替人工合成的有机废水，避免了化学药剂的消耗，进一步降低了水热炭材料的制造成本。本专利技术给出了所述磁性水热炭制备方法的一种优选方案，包括如下步骤：磁性材料经研磨并过筛；将过筛后的磁性材料投入反应釜中，向反应釜中加入有机废水，使有机废水中的有机碳与磁性材料的质量比为0.15-3.5，在180-240℃条件下反应8-12h，冷却后弃掉上清液，经分离、水洗、烘干所得的沉淀，即为所制备的磁性水热炭。所述磁性水热炭制备方法的进一步优选方案，包括如下步骤：1)磁性材料的准备：取磁性材料反复研磨并过200目筛，磁性材料可以选用四氧化三铁、铁酸镍、铁酸钴或以四氧化三铁为主的工业或天然磁性矿渣等中的一种或几种；2)磁性水热炭的制备：将上述磁性材料投入到反应釜中，并加入有机废水，有机废水中的有机碳与磁性材料的质量比为0.15-3.5，然后在180-240℃条件下反应8-12h，冷却后弃掉上清液，水洗所得的沉淀，用磁铁分离并烘干，即为所制备的磁性水热炭。本专利技术给出的一种磁性水热炭，其采用本专利技术所述方法制备。本专利技术以实际有机废水为水热炭的碳元素来源原料，在180-240℃条件下反应8-12h，使得有机废水中的有机质包覆于磁性材料，制成磁性除铊复合材料，即本专利技术所述磁性水热炭。采用本专利技术方法制备的磁性水热炭，具有吸附性能高效、吸附量极高、固液分离性能优良与可循环再生的特性。再者，本专利技术还给出了所述磁性水热炭在含铊废水处理方面的应用。所述应用包括但不限于废水除铊的技术应用，以及从废水中富集、浓缩与回收铊元素。所述磁性水热炭为一种多孔吸附材料，其可单独用于含铊废水处理。为了进一步提升除铊效能，可将基于实际有机废水合成的磁性水热炭与其他强氧化剂协同反应除铊，即向含铊废水中投加所述磁性水热炭和氧化剂，磁性水热炭与氧化剂协同除铊。作为磁性水热炭与其他强氧化剂协同反应除铊的优选方案之一，所述磁性水热炭的投加量为0.10-0.50g/L，所述氧化剂选用次氯酸盐，次氯酸盐的投加量为2-20mmol/L，协同除铊反应时间为5-30min。优选采用价格低廉、氧化除铊效果优异的次氯酸盐，协同磁性水热炭进行高效除铊，以达到吸附材料可磁性分离、反复再生且具有极高铊吸附量的目的。还有，本专利技术的磁性水热炭可反复再生利用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.磁性水热炭的制备方法，其特征在于，磁性材料与有机废水在180‑240℃条件下反应8‑12h，分离所得沉淀并烘干，即为所制备的磁性水热炭；所述有机废水中的有机碳与所述磁性材料的质量比为0.15～3.5。

【技术特征摘要】
1.磁性水热炭的制备方法，其特征在于，磁性材料与有机废水在180-240℃条件下反应8-12h，分离所得沉淀并烘干，即为所制备的磁性水热炭；所述有机废水中的有机碳与所述磁性材料的质量比为0.15～3.5。2.根据权利要求1所述磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述磁性材料选用铁基磁性材料、钴基磁性材料和镍基磁性材料中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述磁性材料选用四氧化三铁，铁酸镍，铁酸钴，以四氧化三铁为主的工业或天然磁性矿渣中的一种或几种。4.根据权利要求1所述磁性水热炭的制备方法，其特征在于，所述有机废水选用印染废水、制革废水、垃圾渗滤液中的一种或几种，所述有机废水中的有机碳浓度为150-3000mg/L。5.根据权利要求1所述磁性水热炭的制备方法，其特征在于，磁性材料经研磨并过筛；将过筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伙生，龙建友，肖唐付，张鸿郭，陈永亨，林茂，熊静芳，李珂珂，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44