[发明专利]一种羟基铁改性活性炭复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种羟基铁改性活性炭复合材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：（1）将活性炭经超声条件下酸洗以去除表面杂质，烘干，得到预处理的活性炭，备用；（2）将预处理的活性炭加入到硝酸铁溶液中，用HCl溶液和NaOH溶液调节得到的固液混合物的pH值后，于室温搅拌条件下反应，反应结束后再置于恒温烘箱中老化；（3）老化结束后，离心分离得到固体，经润洗、烘焙，得到所述羟基铁改性活性炭复合材料。本发明制备方法原料价廉易得，制作简单，制备的羟基铁改性活性炭复合材料与活性炭相比，吸附重金属能力得到大幅度提升。

技术领域

本发明涉及活性炭复合材料的制备技术领域，具体涉及一种羟基铁改性活性炭复合材料及其制备方法。

背景技术

随着采矿、冶炼和电镀等行业的快速发展，大量废水排放到自然界中，自然水体重金属污染日益严重，给饮用水源水质安全构成严重威胁。因此，如何低成本、高效地去除水体重金属对保证饮用水安全至关重要。

目前，常规饮用水净化方法主要有混凝沉淀、电渗析、离子交换和膜分离等。这些方法虽然能去除饮用水中的重金属，但都存在一定局限性，譬如混凝沉淀法污泥产量大；电渗析法耗电量高；离子交换和膜分离法抗冲击能力差且运行成本高。与上述方法不同，吸附法因具有处理方法简单、运行成本低和操作简便等优势，无疑是有效去除饮用水重金属的方法。

在众多吸附剂中，活性炭因其孔道丰富、比表面积大、机械强度高和粒径可调的优点，被广泛应用于饮用水净化中。实验研究和行业应用结果发现，虽然活性炭对小分子有机物和芳香烃具有很强的吸附作用，但它对重金属离子尤其是带负电荷的铬、砷等的吸附能力很弱，吸附容量往往小于10mg/g，这主要是因为活性炭表面官能团多为弱负电性基团如羟基、羧基且电荷较弱。此外，活性炭还存在选择性差、吸附速率慢等不足，严重制约了活性炭在净水处理中发挥效能，因此急需有效、简便且安全的方法对活性炭进行改性，以提高其对饮用水中重金属离子的去除能力。

羟基铁是一种在自然界中广泛存在的活性矿物，具有稳定的化学性质、较高的比表面积和细微的颗粒结构，其表面的铁氧基和羟基对水中的阴性重金属离子和阳性重金属离子都具有很强的吸附能力，可同步去除水中阴性和阳性重金属离子，但羟基铁在使用过程中易聚集成团而使其活性急剧下降，且反应后的羟基铁颗粒因细小难以从溶液中分离。

有鉴于此，研究用羟基铁修饰改性活性炭，将羟基铁颗粒均匀分布于活性炭表面和孔道，此复合材料既解决羟基铁容易团聚和使用后难以从溶液中分离的问题，又有望在不大幅度降低活性炭比表面积的同时，借助羟基铁大幅度提高其吸附重金属的能力，实现阴性和阳性重金属离子同步去除的工艺。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种制备羟基铁改性活性炭复合材料的方法。该制备方法利用价格低廉、容易获得的活性炭和硝酸铁为原料，以活性炭为载体、硝酸铁为改性剂，经简单步骤制备得到羟基铁改性活性炭复合材料，无需复杂的工艺条件及生产设备即可提高活性炭吸附重金属的性能。

本发明的目的还在于提供所述制备方法制得的一种羟基铁改性活性炭复合材料。该羟基铁活性炭复合材料有望大规模地应用于饮用水处理，甚至是突发环境污染事件的处理，为保证饮用水安全提供新方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种羟基铁改性活性炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将活性炭经超声条件下酸洗以去除表面杂质，烘干，得到预处理的活性炭，备用；

(2)将预处理的活性炭加入到硝酸铁溶液中，调节得到的固液混合物的pH值后，于室温搅拌条件下反应，反应结束后再置于恒温烘箱中老化；

(3)老化结束后，离心分离得到固体，经润洗、烘焙，得到所述羟基铁改性活性炭复合材料。

进一步地，步骤(1)中，所述活性炭的粒径为150目。