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为什么要让活性炭变得有“磁性”?
2020年09月30日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:242
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现代城市大多都面临着水污染的问题,其中有一部分是特别难处理的,如印染废水。对于这种水量变化大、色度深、碱性大、成分还贼复杂的废水来说,常规的慢吞吞的生物处理法是很难解决的,只有采用物理吸附法效果才会比较好。

活性炭 

物理吸附法中最常用的吸附剂就是粉末活性炭,它比表面积大,具有很强的吸附能力,对于一般生物法难以去除的难降解物质具有很好的去除效果,因此在国防、食品、化工、环保等领域都得到了广泛的应用。而且随着人们环保意识的提升,活性炭的需求量也在不断上升,因此研制高品质的活性炭对污染治理有重大意义。

粉末活性炭 

活性炭是怎么吸附的?

活性炭的吸附性能主要由其孔隙结构和表面化学性质决定,活性炭孔隙结构发达,孔径分布范围较宽,根据IUPAC的划分,主要由微孔、中孔和大孔组成图。不同孔隙结构能够发挥与其相对应的机能,大孔在活性炭中只占5%,可以发生多层吸附;吸附质主要在中孔流通吸附,对大分子吸附质的吸附起重要的作用;微孔结构对活性炭的比表面积贡献最大,对吸附质分子表现出很强的吸引力,它支配着活性炭的吸附性能。

活性炭 

活性炭的孔隙结构

不过即便已经对活性炭的结构进行了优化,使它的吸附能力最大化,但要让活性炭的使用变得方便自如,最后还得加一道小工序——赋予它磁性

活性炭赋磁的意义

虽然活性炭可以有效去除水中有害物质,但在实际应用中人们往往要面临一个难题,那就是吸附饱和后的粉末活性炭分离回收十分困难。如果没有得到有效的回收,那这些吸附了大量有害物质的活性炭将会造成水资源的二次污染,约等于前功尽弃。

若采用传统分离法,易引起滤网堵塞和活性炭流失;浮选法加入的浮选捕收剂容易造成二次污染;但若赋予活性炭磁性,就可以利用磁分离技术进行分离,减少活性炭流失以及因活性炭流失而造成的一些吸附质的流失。这种方法在一定程度上可以增强活性炭选择吸附特定污染物质的能力,提高活性炭的吸附能力,使资源得到循环利用,因此也十分契合当今低碳环保的社会理念,逐渐成为了近年来活性炭领域的一个关注热点。

备注:磁选法是一种已被广泛使用的选矿分离技术,具有分选效率高、成本低和环境污染小等优点,不仅强磁性的矿物可以被分选出来,还可以成功的分选弱磁性的矿物。对于活性炭而言,由于普通活性炭的磁性极其小,不能使用磁选法进行分选,因此需要对普通活性炭进行赋磁,达到有效回收的目的。

如何制备磁性活性炭?

目前赋磁于活性炭的方法有很多,从原料的选择分为两大类。一类是以含碳物质如煤和树脂为原料,将磁性物质和原料进行混合,经过炭化和活化,最终得到磁性活性炭。一类是以活性炭为原料,通过二次赋予活性炭磁性得到磁性活性炭。活性炭的赋磁技术常用的主要有浸渍法、磁化剂法、粘结法和混合法。

活性炭 

活性炭的磁分离试验(来源:韩研活性炭)

1.浸渍法

将活性炭浸入到钴、镍、铁等金属盐溶液或其它盐溶液中,然后通过处理制备得到磁性活性炭。Gorria等将浸渍于蔗糖和镍盐混合液中的活性炭在600℃下热处理,发现活性炭的孔隙内形成了磁性的镍纳米颗粒,制得的磁性复合材料在低强度外磁场作用下很容易分离回收。然而浸渍法负载磁性的过程通常需要经过再次高温,成本相对较高。

2.吸附法

磁化剂是一类由磁性材料和表面活性剂组成,能够目标物复合并赋予其磁性的物质。刘守新等先通过共沉淀法用三价铁盐和二价铁盐制备得到磁性颗粒,然后均匀分散得到目标磁化剂,磁化剂赋磁椰壳活性炭制备磁性炭,发现同种磁化剂对不同物质的磁化效果不同,不同种磁化剂对同种物质的磁化效果也不同,pH值对磁化剂的赋磁效果有很大影响,磁化剂的用量与磁化率成正比,磁化率对吸附性能的影响并不大。

3.粘结法

粘结法是用粘结剂把磁性材料和活性炭结合在一起而使活性炭含有磁性的方法,此法的缺点是使用粘结剂可能降低活性炭的吸附性能。E.Herkenhoff采用活性炭、磁铁矿和水玻璃粘结方法制造磁性炭,此方法缺点是水玻璃易堵塞活性炭的孔隙结构,磁性粉末和炭之间连接不牢固,磁性容易消失而且成本较高。

4.混合法

将可制备成活性炭的原料和磁性材料直接混合,让磁性材料参与到制备活性炭的炭化和活化过程,从而一步制备得到磁性活性炭材料,省去了二次处理过程,操作过程相对简单易控制。刘晓琳等以酚醛树脂为原料,将二茂铁负载到活性炭表面,一步混合法制得磁性活性炭。发现二茂铁的添加有利于活性炭孔隙结构的形成和发育,使其具有良好的吸附性能,加入0.6%的二茂铁后材料的饱和磁化强度为活性炭的20倍,极易进行磁分离。

资料来源:

活性炭/铁氧化物复合材料的制备及其吸附性能研究,莫冰玉。

磁性活性炭的制备及Fe3O4对活性炭孔结构影响的研究,和艳丽。

磁性活性炭的制备及其吸附性能,马放,周家晖,郭海娟,杨乐。

粉体圈 NANA


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