[发明专利]磁性复合活性炭、制备方法及其在有机废水处理中的应用

说明书

本发明公开了一种磁性复合活性炭的制备方法及其在废水处理中的应用，该方法主要包括：将硝酸铁、氯氧化锆溶于水，再加入活性炭，充分分散后；用碱液将上述混合物的pH调至2.0～4.0，然后将混合物装入反应釜，于100℃加热一段时间后取出，经过滤、洗涤、干燥后，将得到的活性炭放入管式炉中通氮气焙烧一段时间后，在氮气氛围中冷却至室温，得到负载Fe₃O₄、ZrO₂的磁性复合活性炭。本发明制备方法所需的碱液量少，且利用活性炭自身的还原性即可还原得到Fe₃O₄，制备方法比较环保、简单。在废水处理的应用中Fe₃O₄与ZrO₂的协同催化作用，提高了磁性复合活性炭的催化性能，有利于有机物的氧化，也有利于磁性复合活性炭的再生。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种磁性复合活性炭、制备方法及其在有机废水处理中的应用。

背景技术

随着工业的发展，石油化工、化学制药、纺织印染等行业排放的废水量逐渐增加，废水的成份也愈加复杂，废水的达标排放日益困难。特别是环保要求日益严格的背景下，传统单一的废水处理方法已难以解决一些生物毒性大的难降解有机污染物的处理问题。吸附法作为一种传统的废水处理技术，它能有效地去除废水中多种污染物，处理后出水水质稳定，但吸附剂的再生是困扰其应用的主要问题。活性炭具有发达的孔隙结构、大的比表面积和表面官能团，具有良好的化学稳定性、机械强度及耐酸、耐碱、不溶于水和有机溶剂等优点，活性炭吸附在水处理、化工制药、气体净化等领域有着广泛的应用。吸附饱和后的活性炭有待进一步处理。目前，颗粒活性炭一般采用加热再生的方法，该法主要通过外部加热的方式来改变活性炭上的吸附平衡关系进而达到解析和脱附的目的。一般活性炭颗粒越小、比表面积越大、其吸附能力就越强，故常将活性炭产品进行破碎和筛选，得到微细的粉末，这些粉末活性炭的回收比较困难，工业上大多使用后直接废弃，有时甚至与淤泥沉积在一起，存在资源浪费以及废弃活性炭处理等普遍的问题。

为解决这些问题，研究者们在活性炭上负载磁性Fe₃O₄，制成了磁性复合活性炭，既保留了粉末活性炭的高吸附性能，又可以利用磁场对粉末活性炭进行快速分离与回收，降低使用成本。另一方面，活性炭的再生也是人们努力解决的问题。在吸附饱和的活性炭体系中，如果加入适量的氧化剂H₂O₂，Fe₃O₄可以作为催化剂，催化H₂O₂分解产生·OH自由基，将吸附在活性炭上的有机物氧化降解，同时解决吸附剂的再生问题与污染物的处理问题。不过，这一方法在实际使用过程中还存在一些不足。Fe₃O₄纳米粒子的制备方法很多，最常见的制备方法为共沉淀法：将Fe²⁺盐与Fe³⁺盐按照一定的比例混合，用碱液(通常选用NH₃·H₂O水或者NaOH溶液)作为沉淀剂，在一定的温度和pH条件下(pH>7)搅拌一定的时间，过滤、洗涤至溶液pH为中性，干燥后即得到Fe₃O₄纳米粒子，由于制备过程的pH较高，此方法需要消耗大量的碱液与洗涤水，产生较多的废液。同时，Fe₃O₄的催化活性还不是很理想，需要添加其它组分进一步提高催化氧化的性能，一些研究表明锆(Zr)的加入有利于在催化剂表面提供更多的活性位点。

发明内容