[發明專利]成型磁性黑碳的制備方法

有效

• 申請號: 201310010838.4
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103055813A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 劉心中;倪柳芳;陳榮國;翁仁貴
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B09C1/00
• 代理公司: 福州市鼓樓區京華專利事務所(普通合伙) 35212
• 代理人: 宋連梅

【技術領域】

本發明涉及一種黑碳的制備方法，尤其涉及一種成型磁性黑碳的制備方法。

【背景技術】

由作物秸稈衍生的黑碳具有一定的比表面積、孔隙結構、豐富的表面官能團、表面帶有負電荷、再生能力強且取材方便、成本低廉，在環境污染物的去除方面有著廣泛的應用。用后回收再利用一直是黑碳產業可持續發展面臨的最大問題。傳統回收黑碳的技術主要采用過濾法，但是過濾法存在難分離、難回收、易堵塞的缺點，其應用范圍有限。與過濾技術相比，磁性分離技術具有操作簡便、成本較低、分離徹底等優點，已日趨成為工業吸附劑回收的主流技術。為了使磁性分離技術也適用于黑碳的回收，制備磁性碳便成了近年來的熱點技術。

迄今，制備磁性碳的方法很多，基本都是采取吸附、混合或者粘結的方法將磁粒子與黑碳材料物理結合在一起。例如，中國專利200910077154.X（一種磁性活性炭的制備方法）記載了將粘結劑、煤質原料、磁性添加劑混合后加壓成型，并在高溫下炭化、活化的方法來制備磁性活性炭，該法具有操作簡便的優點，但是所得的成型碳具有較低的強度且磁性能不穩定，其應用受限。再如，中國專利200910045956.2（水處理用磁性活性炭復合材料的制備方法）公開了利用超聲分散吸附技術，將磁納米粒子原位生長在活性炭的孔道內，該法獲得的磁性碳存在著表層磁粒子不穩定、易脫落，孔道內磁粒子易堵塞內孔，吸附性能有限等不足。其實，磁性能不穩定、隨著使用時間的延長會發生磁團聚、磁脫落等現象，是當前技術制備所得磁性碳普遍存在的問題。

黑碳難回收再利用的另一個重要原因就是目前對于黑碳普遍采取粉末狀應用，而粉末狀的黑碳在實際應用中易引發流失、堵塞及粉塵污染等問題，若將粉末狀的黑碳用于土壤污染物的去除，則不僅回收困難，而且還會因黑碳固有的生物惰性，而殘留與累積于土壤中，并導致土壤板結、肥力下降等二次污染，因此，推廣黑碳的非粉末狀應用，是解決黑碳難回收再利用問題的另一個當務之急。通過成型方法適當降低黑碳的粉末狀率，使其具有一定的尺寸、形狀和強度，不但能夠有效克服目前粉末狀黑碳在應用中普遍存在的問題，并且便于后續的分選回收、適應多行業需求。

綜上所述，將磁性碳制備技術與黑碳成型技術相結合，制備成型磁性黑碳，可望解決目前存在的黑碳用后難回收再利用的問題。然而，目前關于成型磁性黑碳的成熟制備技術少有報道，尤其是制備磁性穩定、強度較高、成本較低的成型磁性黑碳的技術更是稀缺。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題在于提供一種成型磁性黑碳的制備方法，具有穩固的結構、良好的磁穩定性、良好的耐水性、豐富的孔隙結構，且便于回收再利用。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種成型磁性黑碳的制備方法，其操作方法如下：

（1）黑碳磁性化：將100重量份的黑碳粉末、10~50重量份的磁鐵礦顆粒和5~25重量份的十二烷基氨基丙酸混合均勻，加水、攪拌，得懸濁液，調節懸濁液的pH值至1.5~4.5或6.5~9.0，然后攪拌、靜置、分離取固體，再干燥至恒重以獲得磁性黑碳；

（2）制備前驅體：將所述磁性黑碳100重量份、褐藻酸10~50重量份、丙烯酸0.5~2重量份、對苯磺酰肼5~20重量份投入水中并攪拌1~6h，得粘稠狀的混合膠液，然后在攪拌下干燥所述混合膠液至含水率為3~10%，再用模具壓制成型，并于55~105℃下干燥至恒重，即得前驅體；

（3）制備成型磁性黑碳：將所述前驅體于250~350℃下熱老化處理1~2h，即得成型磁性黑碳。

進一步地，所述步聚（1）中的黑碳粉末為活性碳粉末。

進一步地，所述步聚（1）中的黑碳粉末為由作物秸稈制得的黑碳粉末，且所述作物秸稈為小麥、青稞、稻草、玉米、大豆、花生、甘蔗、油菜、芝麻或棉籽作物秸桿中的一種或多種任意組合。

進一步地，所述作物秸稈制備黑碳粉末的方法如下：

將所述作物秸稈粉碎至30目以上，得固體粉塊，再用1~2mol/L的HF漂洗4~7次，每次均浸于所述HF溶液中4~6h；接著用水漂洗直至漂洗液的pH值為6.5~7.5，然后分離取固體，將所得固體進行破碎，并干燥至恒重，得改性秸稈粉；將改性秸稈粉于300~550℃、無氧下熱分解4~12h，得到粗產物；把粗產物投入至50~80℃的1~2mol/L的HNO₃溶液中漂洗3~5次，每次浸于所述HNO₃溶液中2~5h；再用水進行漂洗直至漂洗液的pH值為6.8~7.2；最后，固液分離，得到粗黑碳，把粗黑碳粉碎，并于80~100℃下干燥至恒重，即得黑碳粉末。