[发明专利]一种活性炭载纳米氧化铁吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附剂制备技术领域，具体涉及一种活性炭载纳米氧化铁吸附剂及其制备方法。

背景技术

随着工农业尤其是化工、采矿、冶炼、电镀、制革、养殖等行业的快速发展及抗生素的广泛使用，自然水体中重金属和抗生素污染程度日益严重。重金属离子只要微量浓度即产生毒性效应，且有生物富集和传递作用，而抗生素在生态环境中不仅能诱导细菌产生耐药性，也对水生生物、人体健康构成潜在的威胁，因此去除饮用水中的重金属和抗生素成为饮用水处理发展的新趋势。目前，饮用水的净化常采用混凝沉淀、电渗析、膜过滤和离子交换等。这些方法虽能部分或完全去除重金属和抗生素，但也存在一定的局限性，譬如混凝沉淀法需投加大量的化学药剂，易造成二次污染；膜过滤法和电渗析法存在投资和运行成本过高、膜使用寿命短等问题；离子交换法只能选择性的去除水中阴性或阳性重金属离子且难以去除抗生素。

吸附法相比于上述方法而言，具有工艺简单且操作和维护简便、易于实际应用和成本低廉等优点，其中活性炭是应用最广的吸附剂。活性炭具有高度发达的孔隙结构，大比表面积和良好的吸附性能等特性，对中性小分子有机污染物具有良好的吸附性能，但它表面酸碱性官能团数量少，离子交换能力弱，因此对水中的重金属离子和抗生素的吸附能力非常弱，难以用来去除饮用水中的阴、阳重金属离子和抗生素。因此，如何提高活性炭对饮用水中的重金属离子及抗生素的去除能力成为了饮用水净化材料发展新方向。

氧化铁是自然界广泛存在的矿物，具有较大的比表面积和较好稳定性，而且它表面的铁氧基对阴性、阳性重金属离子和抗生素均具有很强的亲和能力，此外，吸附在表面的污染物如金属离子和抗生素，经简单的酸洗即可再生和重复利用，因此在引用水净化领域具有广阔的应用前景。但行业应用及科研研究结果表明，在应用过程中氧化铁由于具有较高的比表面能而趋于聚并并板结，这在一定程度上限制了其在饮用水处理中的应用。考虑到活性炭具有丰富的孔道结构和较高的比表面积，而且与三价铁离子具有较高的亲和能力，因此本发明以活性炭为分散材料，通过浸渍的方法先将铁离子附着在活性炭表面和孔道，经调碱和煅烧，使附着的三价铁离子转化成高分散性的纳米氧化铁颗粒，从而大幅度提高活性炭对饮用水中阴、阳重金属离子和抗生素的去除能力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种活性炭负载纳米氧化铁吸附剂。 该吸附剂通过负载纳米氧化铁赋予活性炭同步去除重金属阴、阳离子（包括Cr(VI)、Cd(II)）和抗生素（包括甲硝唑）的新特性，有效解决现有活性炭对重金属阴、阳离子（包括Cr(VI)、Cd(II)）和抗生素（包括甲硝唑）吸附能力弱的问题。

本发明的目的还在于提供所述的一种活性炭负载纳米氧化铁吸附剂的制备方法。该制备方法以活性炭为载体，通过简单的浸渍、调碱和煅烧，成功地将纳米氧化铁负载到活性炭表面和孔道，负载的纳米氧化铁对饮用水中的重金属和抗生素表现出良好的吸附性能，可同步去除水中阴、阳重金属离子（包括Cr(VI)、Cd(II)）和抗生素（包括甲硝唑），赋予活性炭新的功能，得到所述活性炭负载纳米氧化铁吸附剂。

本发明的另一目的还在于提供所述的一种活性炭负载纳米氧化铁吸附剂在同步去除水中阴、阳重金属离子和抗生素中的应用。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种活性炭负载纳米氧化铁吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将活性炭投加到HCl溶液中浸泡，然后用去离子水洗涤去除残留的酸和杂质，过滤、烘干，得到处理后的活性炭，备用；

（2）将FeCl_3•6H₂O和NaOH分别溶于去离子水中，配制FeCl₃溶液和NaOH溶液；将处理后的活性炭加入配制的FeCl₃溶液中，搅匀，得到活性炭与Fe(III)的混合液；再将NaOH溶液滴加到活性炭与Fe(III)的混合液中进行调碱，然后转移到反应釜中进行水热反应；

（3）水热反应结束后，离心收集沉淀，并洗涤至中性后烘干，得到的固体为吸附剂前驱体，转移至坩埚中并放置于马弗炉中煅烧，得到所述活性炭负载纳米氧化铁吸附剂（nFe₂O₃@AC）。

进一步地，步骤（1）中，所述活性炭为商用活性炭，粒径为100~200目。

进一步地，步骤（1）中，所述HCl溶液的浓度为0.1~1.0 mol/L，优选为0.1 mol/L。

进一步地，步骤（1）中，所述浸泡的时间为24 h。