申请日2013.01.23
公开(公告)日2016.08.03
IPC分类号B01J20/20; B01J20/28; B01J20/30; B01J20/34; C02F1/28
摘要
本发明是一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂及制备方法和应用。本发明的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂为铁氧体/膨胀石墨复合物;本发明可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法是：将石墨经过酸处理、水洗、烘干、经高温处理、自然冷却得膨胀石墨，将膨胀石墨超声分散于乙醇?蒸馏水混合溶剂中，称取过渡金属盐，用蒸馏水溶解，加入到膨胀石墨、乙醇?蒸馏水混合溶液中，经恒温搅拌反应、干燥得到前驱物，前驱物经真空干燥、高温烧结，即得铁氧体/膨胀石墨复合物。本发明一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂及制备方法和应用具有价格低廉、性能可靠、分离和回收方便，吸附容量和重复使用效率高的特点。
权利要求书
1.一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂，其特征在于该废水处理剂为铁氧体/膨胀石墨复合物，所述的废水处理剂铁氧体/膨胀石墨复合物的铁氧体质量分数为0.1～0.6;该可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法包括以下步骤：
⑴将粒度为40～160目的普通石墨经过浓硫酸或浓硝酸处理、水洗、烘干后得到可膨胀石墨;将一定量的分析纯可膨胀石墨快速放入已升温至600～900℃的马弗炉中，10～60S后迅速从炉中取出，自然冷却即得膨胀石墨;
⑵按质量比称取一定质量的膨胀石墨超声分散于适量乙醇-蒸馏水混合溶剂中;
⑶按铁氧体MFe2O4的化学计量比，称取过渡金属盐，用蒸馏水溶解，加入到步骤⑵得到的溶液中，恒温搅拌反应2～5小时，水浴蒸发至干，得到前驱物;其中，所述的过渡金属盐为氯化物、硝酸盐或硫酸盐中的一种或一种以上，过渡金属离子是Fe3+和Cr3+、Cu2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Mn2+、Zn2+、Mg2+、Ti4+中的一种以上;所述恒温为40℃、50℃、60℃、70℃或80℃中的一种;
⑷将前驱物于50～90℃真空干燥至恒重，高温烧结1～3小时，即得铁氧体质量分数为0.1～0.6的铁氧体/膨胀石墨复合物;其中，所述的烧结温度为200～600℃。
2.根据权利要求1所述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的应用，其特征在于所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂应用于染料废水、含油废水、含氟废水及重金属离子废水的处理，其中，染料为甲基橙、亚甲基蓝、酸性红B、罗丹明B中的一种或一种以上;油类物质为石油原油、煤油、柴油、机油中的一种或一种以上;重金属离子为Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cr6+、Pb4+或As5+中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的应用，其特征在于所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂对废水处理的测试方法是：在若干个锥形瓶中倒入实验用废水100mL，用一定浓度的盐酸或氢氧化钠溶液调pH至一定数值，加入所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂，超声分散后，转入慢速搅拌,磁分离沉降后，用倾析法分离出上层清液，用分光光度计测定其吸光度，根据标准曲线确定污染物的浓度，从而计算出吸附容量和去除率。
4.根据权利要求1所述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的应用，其特征在于所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂使用后的再生方法是：将使用后的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂置于有机溶剂或酸碱溶液中，超声处理0.5～1小时，慢速搅拌1～2小时，磁分离后过滤，固体物质经200～500℃处理1～2小时，即得再生活化的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂，供循环使用。
说明书
一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及磁性材料及废水处理技术领域，特别是一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂及制备方法和应用。
背景技术
膨胀石墨是普通石墨经高温热处理后产物，具有比表面积大、孔隙率高、吸附性能和化学稳定性能良好等特点，在环保和工业等领域得到日益广泛的应用。例如膨胀石墨是一种良好的水质净化材料，能吸附水相中无机和有机污染物，能有效地去除废水的色度和化学需氧量。但用膨胀石墨作为水处理剂时，由于其质轻、易漂移，在实际应用中分离和回收比较困难，同时用传统的过滤技术易引起筛网堵塞或处理剂的流失。近年来，磁分离技术的应用已经渗透到许多工业领域，它具有省时、安全、高效和方便等优点。铁氧体具有磁性强，易于分离和回收，但因其存在密度较大、吸附容量小等缺点，在环境领域的应用受到了限制。膨胀石墨为非磁性物质，不适用于磁分离。因此，通过复合技术将磁性纳米粒子填充到膨胀石墨的层间，开发可磁分离磁性石墨基废水处理剂对扩大石墨和磁性纳米粒子的应用范围、降低吸附剂成本、提高吸附容量和重复使用效率、促进实用化推广具有非常重要的意义。尤其是水污染越来越严重的今天，这类价格低廉、性能可靠、分离和回收方便的废水处理剂，必将具有良好的应用前景。时至今日，一种可磁分离磁性石墨基废水处理剂的制备及应用还未有报道。
发明内容
本发明的目的是针对目前采用膨胀石墨作为水处理剂时，所存在的在使用中分离和回收困难的不足之处，提供一种价格低廉、性能可靠、分离和回收方便，吸附容量和重复使用效率高的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂及制备方法和应用。
本发明的技术方案是通过如下方式实现的：一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂，该废水处理剂为铁氧体/膨胀石墨复合物。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂中，所述的废水处理剂铁氧体/膨胀石墨复合物的铁氧体质量分数为0.1～0.6。
一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法，该可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法包括以下步骤：
⑴将普通石墨经过浓硫酸或浓硝酸处理、水洗、烘干后得到可膨胀石墨;将一定量的可膨胀石墨(分析纯)快速放入已升温至600～900℃的马弗炉中，10～60s后迅速从炉中取出，自然冷却即得膨胀石墨(EG);
⑵按质量比称取一定质量的膨胀石墨超声分散于适量乙醇-蒸馏水混合溶剂中;
⑶按铁氧体(MFe2O4)的化学计量比，称取过渡金属盐，用蒸馏水溶解，加入到步骤⑵得到的溶液中，恒温搅拌反应2～5小时，水浴蒸发至干，得到前驱物;
⑷将前驱物于50～90℃真空干燥至恒重，高温烧结1～3小时，即得铁氧体质量分数为0.1～0.6的铁氧体/膨胀石墨复合物。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法中，在步骤⑴中，所述的普通石墨的粒度为40～160目。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法中，在步骤⑶中，所述的过渡金属盐为氯化物、硝酸盐或硫酸盐中的一种或一种以上。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法中，在步骤⑶中，所述的过渡金属离子是Fe3+、Cr3+、Cu2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Mn2+、Zn2+、Mg2+和Ti4+中的一种或一种以上。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法中，在步骤⑷中，所述恒温为40℃、50℃、60℃、70℃或80℃中的一种。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的制备方法中，在步骤⑷中，所述的烧结温度为200～600℃。
一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的应用，所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂应用于染料废水、含油废水、含氟废水及重金属离子废水的处理，其中，染料包括甲基橙、亚甲基蓝、酸性红B、罗丹明B中的一种或一种以上;油类物质包括石油原油、煤油、柴油、机油中的一种或一种以上;重金属离子包括Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cr(Ⅵ)、Pb(IV)或As(V)中的一种或一种以上。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的应用中，所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂对废水处理的测试方法是：在若干个锥形瓶中倒入实验用废水100mL，用一定浓度的盐酸或氢氧化钠溶液调pH至一定数值，加入所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂，超声分散后，转入慢速搅拌,磁分离沉降后，用倾析法分离出上层清液，用分光光度计测定其吸光度，根据标准曲线确定污染物的浓度，从而计算出吸附容量和去除率。
在上述的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂的应用中，所述的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂使用后的再生方法是：将使用后的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂置于有机溶剂或酸碱溶液中，超声处理0.5～1小时，慢速搅拌1～2小时，磁分离后过滤。固体物质经200～500℃处理1～2小时，即得再生活化的可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂，供循环使用。
本发明的一种可磁分离铁氧体/膨胀石墨废水处理剂具有以下特点：
⑴本发明制备的废水处理剂避开了单一材料的缺点，既可解决膨胀石墨回收难等问题，又可解决磁性纳米粒子吸附容量小的问题，发挥其各自的优势及其协同作用。
⑵本发明方法采用超声-蒸发-高温烧结技术直接制备处理剂，铁氧体在膨胀石墨的层间分布较均匀，生产工艺简单。
⑶本发明制备的复合物中膨胀石墨的表面结构、组成及性能不同于纯膨胀石墨，处理剂兼具吸附性能和光催化降解性能，其处理废水的能力相对于纯膨胀石墨和磁性纳米粒子都有明显的提高。
⑷本发明制备的废水处理剂具有磁功能特性，可用磁分离技术方便地分离、回收处理剂，经活化再生可循环使用，具有省时、安全、高效、价廉及可连续分离回收的优点。