[發明專利]一種用于處理染料廢水的Fe摻雜核桃殼活性炭及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610073937.0
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105664896B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 李爽;周佳偉;張超;牛桃霞
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;B01J20/20;B01J20/28;C02F1/28
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒,任立

技術領域

本發明涉及污水處理領域，具體涉及一種用于處理染料廢水的Fe摻雜核桃殼活性炭及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人類生活水平的提高，合成染料被應用在各種工業領域，以滿足人類需要，包括紡織業、塑料品制造、造紙業、涂料加工、橡膠合成、皮革處理、食品業、化妝品制造等。已經被證實，在染料加工過程中大約有10％～15％的染料損失掉并被作為廢水排入到環境中。染料廢水具有高濃度、高色度、高pH值、多變化和難降解五大特點。因此，作為水體污染的重大威脅，染料廢水的處理越來越受到人們的關注。更重要的是，水體中的染料會在水生生物體內富集，經生物鏈進入人體內，對人體產生致癌作用和誘導基因突變，同時也對人體的腎臟、肝臟、大腦、生殖系統和中樞神經系統產生嚴重損傷。

經過幾十年的發展，成熟的染料廢水處理方法主要有：化學沉淀法，吸附法，生物處理法，膜過濾法，混凝和絮凝法，光催化法，化學氧化法。化學沉淀法易造成二次污染，沉淀難以處理；生物處理法受外界溫度、pH值等限制，難以大范圍應用；膜過濾法需外界施壓，且膜易受污染；混凝和絮凝法存在電荷和有效成分低，用量大，穩定性差，后處理難等缺點；光催化法受光響應范圍限制，太陽能利用效率低，工業化難以實施；化學氧化法原料成本昂貴，效率不高，短時間難以滿足生產需要。因此，吸附法被公認為是最有潛力的方法。一方面，緣于吸附法簡單、高效；另一方面，吸附劑的原料眾多，來源甚廣。其中，以農業廢棄物為原料制得炭材料，更被證實是一種行之有效的方法。許多學者便是以農林副產物為原料，包括核桃殼、花生殼、玉米秸稈、水稻殼、甘蔗渣等，經過一系列簡單的物理化學方法處理，制得性能優異的炭材料用于相關領域，并取得了良好的效果。

翟云波(申請號201410684179.7)以茶籽殼為原料經過處理得富氮活性炭，對廢水中高氯酸鈉的吸附量為7.1mg/g；專利CN201310206866.3以廢棄花生殼為原料經過處理后得到改性纖維素吸附劑，對亞甲基藍的吸附量為160mg/g；操家順(申請號201310324695.4)以核桃殼為原料改性處理后得到活性炭，對陰離子型偶氮染料的吸附容量可達500mg/g。

武守陽等人(公開號201410656208.9)以花生殼為原料，經磷酸、硫酸混合液浸漬后，炭化、活化制得活性炭。后又以氯化亞鐵、氯化鐵、氨水為原料制得磁性顆粒后，加入到活性炭的溶液中，超聲制得負載鐵氧化物的活性炭，并應用于印染污水的處理中。該實驗方法過程繁瑣，方法復雜，要求較高。

黃艷芳等人(公開號201510177420.1)以商用活性炭為原料，將活性炭浸漬于已配好的氯化鐵的酸溶液中，后老化、干燥制得載鐵活性炭，并應用于甲苯吸附。使用該法生產產品，原料價格昂貴，吸附后活性炭再生條件困難，并且對甲苯的最高吸附量僅為226.32mg/g。

周林成等人(公開號201310409018.2)以花生殼為原料，浸漬入草酸鐵銨與硝酸銅的混合液中，后干燥、高溫炭化得到磁性碳材料。這種材料雖然具有吸附、催化降解雙重作用，但是在處理有機染料廢水過程中，對20mg/L～70mg/L的有機染料在30min后僅為85％～95％，吸附速率較慢，效果較差，難以滿足實際生產需要。

如何通過一種簡便快捷的方法制得快速、高效吸附染料的材料，并易于回收再利用是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明為克服現有技術的不足，目的在于提供一種技術簡便、成本低廉、對染料能快速高效吸附并且易于回收再利用的用于處理染料廢水的Fe摻雜核桃殼活性炭及其制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于處理染料廢水的Fe摻雜核桃殼活性炭的制備方法，包括以下步驟：

(1)酸液處理：將核桃殼置于酸液中進行攪拌2～4h后過濾，將濾餅洗至中性，干燥，得到酸液處理的核桃殼；

(2)無機鹽處理：將經過酸液處理的核桃殼加入到無機鹽水溶液中攪拌12h～24h，然后干燥，得到無機鹽-核桃殼混合物；

其中，所述無機鹽溶液為硫酸鐵溶液、硫酸亞鐵溶液、硝酸鐵溶液、硫酸亞鐵銨溶液中的一種或幾種；

(3)熱解處理：將無機鹽-核桃殼混合物在氮氣保護下加熱至600℃～800℃進行熱解反應，并保溫30min～90min，最后冷卻至室溫，得到Fe摻雜核桃殼熱解產物；

(4)活化處理：將Fe摻雜核桃殼熱解產物加入到氫氧化鉀溶液中，20℃～40℃下攪拌2h～5h，然后干燥、研磨后得到Fe摻雜核桃殼活性產物；