[发明专利]一种可磁分离的竹炭基废水处理剂、制备方法和应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及环境纳米新功能材料技术领域，尤其是涉及一种可磁分离的竹炭基废水处理剂及其制备方法。

背景技术

竹炭是竹材受热分解得到的主要固体产物，具有巨大的比表面积、发达的孔隙、良好的吸附性能和稳定的化学性质，在环保和工业等领域得到日益广泛的应用，如应用于环保上，竹炭是一种良好的水质净化材料，能吸附水相中无机和有机污染物，能有效地去除废水的色度和化学需氧量。与传统使用的活性炭相比，具有来源广、生产成本较低等优点。但采用竹炭作为水处理剂，在实际应用中分离和回收比较难，因为用传统的过滤技术易引起筛网堵塞或竹炭流失。用磁分离技术具有省时、安全、高效等优点，而竹炭本身磁化率小，不适于磁分离。磁性纳米粒子是近年来一种有发展前途的新型废水处理材料，具有强磁性，易于分离和回收，但因其存在密度较大、吸附容量小等缺点，在环境领域的应用也受到了限制。因此，通过复合材料制备技术，将磁性纳米粒子填充到竹炭的螺层间，开发可磁分离的竹炭基废水处理剂对扩大竹炭和磁性纳米粒子的应用范围、降低吸附剂成本、提高吸附容量、促进实用化推广具有非常重要的意义。尤其是水污染越来越严重的今天，这类价格低廉、性能可靠、可用磁分离技术的废水处理剂，必将具有良好的应用前景。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可用磁分离技术进行分离回收的新型竹炭基废水处理剂、制备方法和应用。

本发明的技术方案：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种可磁分离的竹炭基废水处理剂，该竹炭基废水处理剂中竹炭的质量分数为30-70%，饱和磁化强度为5~10 emu/g，比表面积为90~130 m²/g。

上述可磁分离的竹炭基废水处理剂的制备方法,包括如下步骤：

（1）将竹炭反复清洗，抽滤，干燥后破碎，得竹炭粉；

（2）准确称取二种或二种以上过渡金属盐，加入去离子水，配制得到混合溶液；

（3）将步骤（1）得到的竹炭粉超声分散到步骤（2）配制的混合溶液中，经超声、搅拌至均匀，滴加沉淀剂至充分沉淀，调节体系的pH为7~10，加热后恒温搅拌反应若干小时，静置分层，减压抽滤，得沉淀物；

（4）用0.1 ~0.2 mol/ L 盐酸溶液浸泡沉淀物1~2 h, 抽滤，用去离子水反复洗涤至中性；真空干燥24 h，在200~500 °C烧结1~3 h，即得可磁分离的竹炭基废水处理剂。

进一步地，步骤（1）所述竹炭清洗所用为去离子水、无水乙醇或乙醇和去离子水的混合物中的任一种，所得竹炭粉粒度为80-100目。

进一步地，步骤（2）中所述过渡金属盐为氯化物、硝酸盐或硫酸盐中的任一种，过渡金属离子为Fe³⁺ 、Cu²⁺、Ni²⁺ 、Fe²⁺、Co²⁺ 、Mn²⁺ 或 Zn²⁺中的任一种。

进一步地，步骤（3）中所述的沉淀剂为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的任一种。

进一步地，步骤（3）中所述反应的温度为60-150 °C，反应时间为2-5 h。

进一步地，所得可磁分离的竹炭基废水处理剂经使用后通过下述方法再生：

（1）将使用后的处理剂置于的有机溶剂或酸碱溶液中，超声处理0.5~1 h，慢速搅拌1~2 h，磁分离后过滤；

（2）固体物质在电阻炉200~500 ℃处理1~2 h，即得再生活化的可磁分离的竹炭基废水处理剂。

本发明所述可磁分离的竹炭基废水处理剂用于染料废水、含氟废水或重金属离子废水的处理。

进一步地，所述染料包括亚甲基蓝、酸性红或甲基橙中的任一种。

进一步地，所述重金属离子为Cr (VI)、Pb²⁺或As(V)中的任一种。

 

本发明的有益效果如下：

（1）本发明制备的废水处理剂避开了单一材料的缺点，发挥其各自的优势，既可解决竹炭的分离、回收困难等问题，又可解决磁性纳米粒子吸附容量小的问题。

（2）本发明方法采用超声-共沉淀-高温烧结技术直接制备处理剂，避免了传统复合材料制备中，先合成磁性纳米粒子，再与竹炭复合的复杂过程，工艺简单。