[發明專利]磁性復合活性炭、制備方法及其在有機廢水處理中的應用

在審

• 申請號: 201810947302.8
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109173988A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 孔黎明;陳同賀;張麗麗;邱悅鋒
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/34;C02F1/28;C02F101/30
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本發明公開了一種磁性復合活性炭的制備方法及其在廢水處理中的應用，該方法主要包括：將硝酸鐵、氯氧化鋯溶于水，再加入活性炭，充分分散后；用堿液將上述混合物的pH調至2.0～4.0，然后將混合物裝入反應釜，于100℃加熱一段時間后取出，經過濾、洗滌、干燥后，將得到的活性炭放入管式爐中通氮氣焙燒一段時間后，在氮氣氛圍中冷卻至室溫，得到負載Fe₃O₄、ZrO₂的磁性復合活性炭。本發明制備方法所需的堿液量少，且利用活性炭自身的還原性即可還原得到Fe₃O₄，制備方法比較環保、簡單。在廢水處理的應用中Fe₃O₄與ZrO₂的協同催化作用，提高了磁性復合活性炭的催化性能，有利于有機物的氧化，也有利于磁性復合活性炭的再生。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種磁性復合活性炭、制備方法及其在有機廢水處理中的應用。

背景技術

隨著工業的發展，石油化工、化學制藥、紡織印染等行業排放的廢水量逐漸增加，廢水的成份也愈加復雜，廢水的達標排放日益困難。特別是環保要求日益嚴格的背景下，傳統單一的廢水處理方法已難以解決一些生物毒性大的難降解有機污染物的處理問題。吸附法作為一種傳統的廢水處理技術，它能有效地去除廢水中多種污染物，處理后出水水質穩定，但吸附劑的再生是困擾其應用的主要問題。活性炭具有發達的孔隙結構、大的比表面積和表面官能團，具有良好的化學穩定性、機械強度及耐酸、耐堿、不溶于水和有機溶劑等優點，活性炭吸附在水處理、化工制藥、氣體凈化等領域有著廣泛的應用。吸附飽和后的活性炭有待進一步處理。目前，顆粒活性炭一般采用加熱再生的方法，該法主要通過外部加熱的方式來改變活性炭上的吸附平衡關系進而達到解析和脫附的目的。一般活性炭顆粒越小、比表面積越大、其吸附能力就越強，故常將活性炭產品進行破碎和篩選，得到微細的粉末，這些粉末活性炭的回收比較困難，工業上大多使用后直接廢棄，有時甚至與淤泥沉積在一起，存在資源浪費以及廢棄活性炭處理等普遍的問題。

為解決這些問題，研究者們在活性炭上負載磁性Fe₃O₄，制成了磁性復合活性炭，既保留了粉末活性炭的高吸附性能，又可以利用磁場對粉末活性炭進行快速分離與回收，降低使用成本。另一方面，活性炭的再生也是人們努力解決的問題。在吸附飽和的活性炭體系中，如果加入適量的氧化劑H₂O₂，Fe₃O₄可以作為催化劑，催化H₂O₂分解產生·OH自由基，將吸附在活性炭上的有機物氧化降解，同時解決吸附劑的再生問題與污染物的處理問題。不過，這一方法在實際使用過程中還存在一些不足。Fe₃O₄納米粒子的制備方法很多，最常見的制備方法為共沉淀法：將Fe²⁺鹽與Fe³⁺鹽按照一定的比例混合，用堿液(通常選用NH₃·H₂O水或者NaOH溶液)作為沉淀劑，在一定的溫度和pH條件下(pH>7)攪拌一定的時間，過濾、洗滌至溶液pH為中性，干燥后即得到Fe₃O₄納米粒子，由于制備過程的pH較高，此方法需要消耗大量的堿液與洗滌水，產生較多的廢液。同時，Fe₃O₄的催化活性還不是很理想，需要添加其它組分進一步提高催化氧化的性能，一些研究表明鋯(Zr)的加入有利于在催化劑表面提供更多的活性位點。

發明內容