[发明专利]一种复合磁性吸附材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于环保领域。准确地说，本发明属于一种复合磁性吸附材料及其制备方法，以及所述复合磁性吸附材料在处理废水中的应用。

背景技术

废水处理方法中吸附法是利用吸附剂对废水中污染物的吸附作用去除污染物。吸附剂是多孔性物质，具有很大的比表面积，活性炭是目前最有效的吸附剂之一，能有效地去除废水的色度和COD。活性炭处理染料废水在国内外都有研究，但活性炭对废水中污染物进行吸附后，会有分离不彻底等问题，尤其粉末状活性炭再生效果劣于颗粒状活性炭。将活性炭从污水中分离出的方法为物理分离、过滤等。粉末状活性炭吸附速度快，因而制备具有磁性的粉状活性炭不但有可能解决其收集及再生效率低的问题，更迎合了磁分离技术的占地面积小、效率高、投资少的优点。

一些污水中污染物分离处理技术示例如下：

1、“超导磁分离污水处理系统中纳米磁种子材料的制备和表征”，张浩等。低温工程，第八届全国低温工程大会暨中国航天低温专业信息网2007年度学术交流会论文集。文中使用等离子聚合的方法将丙烯酸镀在四氧化三铁表面，用于造纸、有机污水的处理。

2、“高效溶气气浮和磁分离处理高含量聚合物油田污水”，许浩伟等。水处理技术，2009，09。采用先回收油，再去除污染物方法。

3、高浊度原水磁絮凝的分离实验，史少欣等。南昌航空学院环境与化学工程系，水处理技术，2002，6。将Fe₃O₄表面经过硅烷化处理，处理高浊度污水，过程中添加聚丙烯酰胺配合。

本发明制备的复合磁性吸附材料与文献1中所制备的纳米磁种子相比具有成本低、可靠性高的优势。文献1中所采用的等离子镀膜的方法改性粉末应用于化工污水处理。其单次产量少，仅零点几克，较难实现放大生产，而球磨制备粉末的方法是工业生产中常见的方法。文献2中所用到的磁粉为纯粹四氧化三铁，文献3将四氧化三铁硅烷化改性，这二种磁性粉末本身并无吸附性能。本发明的复合磁性吸附材料则避免了上述缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种复合磁性吸附材料及其制备方法。该复合磁性吸附材料一方面能通过活性炭颗粒表面特有的吸附作用，将污水中的小分子污染物、杂质吸附在其表面；另一方面利用表面和内部的纳米Fe₃O₄的磁吸附性，通过磁分离，将吸附着污染物的磁性吸附材料带出，是一种具有净化水质作用的材料。

四氧化三铁是一种黑色固体，不溶于水，溶于酸，有磁性。高温下铁与水蒸气反应可以得到四氧化三铁，而纳米级的Fe₃O₄的制备主要通过化学共沉淀的方法。按摩尔比2∶1将三价铁盐和二价铁盐溶于蒸馏水，然后滴加碱溶液可以制得纳米Fe₃O₄材料。根据具体实施流程不同，可以制备不同尺寸大小的纳米Fe₃O₄材料。

本发明所述的复合磁性吸附材料是由粉状活性炭颗粒及其表面或内部混杂嵌入的磁性材料构成。所述磁性材料为纳米Fe₃O₄，所述磁性材料纳米Fe₃O₄的粒径在50nm以下，所述活性炭为粉状活性炭，尺寸100um～1mm，所述复合磁性吸附材料其颗粒尺寸在微米级。

所述的复合磁性吸附材料是由粉状活性炭颗粒和纳米Fe₃O₄经过机械球磨，使纳米Fe₃O₄混杂嵌入所述粉状活性炭颗粒的内部、表面制成。

所述球磨如下进行：

1)将粉末活性炭颗粒与纳米Fe₃O₄放入不锈钢研磨罐中，球磨速度控制在100～300r/min；

2)球磨时间为30min～2h。

具体地说，所述复合磁性吸附材料的制备方法如下所述：

1、将总质量1～5g，质量比在4∶1至5∶3范围内的活性炭及纳米Fe₃O₄置入不锈钢研磨罐中，并把大小不等的钢珠放入研磨罐，盖上并旋上螺丝拧紧。

2、将不锈钢罐安在球磨机上，调整球磨机转速在100～300r/min，球磨时间在30min～2h。过程中，球磨机每隔10～30min倒换转动方向一次。

3、球磨结束后，关闭球磨机电源，取下球磨罐，倒出磁性粉末。

上述工艺流程中，有下述几点是必须要注意的。