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              為什么要讓活性炭變得有“磁性”?
              2020年09月30日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:860
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              現代城市大多都面臨著水污染的問題,其中有一部分是特別難處理的,如印染廢水。對于這種水量變化大、色度深、堿性大、成分還賊復雜的廢水來說,常規的慢吞吞的生物處理法是很難解決的,只有采用物理吸附法效果才會比較好。

              活性炭 

              物理吸附法中最常用的吸附劑就是粉末活性炭,它比表面積大,具有很強的吸附能力,對于一般生物法難以去除的難降解物質具有很好的去除效果,因此在國防、食品、化工、環保等領域都得到了廣泛的應用。而且隨著人們環保意識的提升,活性炭的需求量也在不斷上升,因此研制高品質的活性炭對污染治理有重大意義。

              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結構和表面化學性質決定,活性炭孔隙結構發達,孔徑分布范圍較寬,根據IUPAC的劃分,主要由微孔、中孔和大孔組成圖。不同孔隙結構能夠發揮與其相對應的機能,大孔在活性炭中只占5%,可以發生多層吸附;吸附質主要在中孔流通吸附,對大分子吸附質的吸附起重要的作用;微孔結構對活性炭的比表面積貢獻最大,對吸附質分子表現出很強的吸引力,它支配著活性炭的吸附性能。

              活性炭 

              活性炭的孔隙結構

              不過即便已經對活性炭的結構進行了優化,使它的吸附能力最大化,但要讓活性炭的使用變得方便自如,最后還得加一道小工序——賦予它磁性

              活性炭賦磁的意義

              雖然活性炭可以有效去除水中有害物質,但在實際應用中人們往往要面臨一個難題,那就是吸附飽和后的粉末活性炭分離回收十分困難。如果沒有得到有效的回收,那這些吸附了大量有害物質的活性炭將會造成水資源的二次污染,約等于前功盡棄。

              若采用傳統分離法,易引起濾網堵塞和活性炭流失;浮選法加入的浮選捕收劑容易造成二次污染;但若賦予活性炭磁性,就可以利用磁分離技術進行分離,減少活性炭流失以及因活性炭流失而造成的一些吸附質的流失。這種方法在一定程度上可以增強活性炭選擇吸附特定污染物質的能力,提高活性炭的吸附能力,使資源得到循環利用,因此也十分契合當今低碳環保的社會理念,逐漸成為了近年來活性炭領域的一個關注熱點。

              備注:磁選法是一種已被廣泛使用的選礦分離技術,具有分選效率高、成本低和環境污染小等優點,不僅強磁性的礦物可以被分選出來,還可以成功的分選弱磁性的礦物。對于活性炭而言,由于普通活性炭的磁性極其小,不能使用磁選法進行分選,因此需要對普通活性炭進行賦磁,達到有效回收的目的。

              如何制備磁性活性炭?

              目前賦磁于活性炭的方法有很多,從原料的選擇分為兩大類。一類是以含碳物質如煤和樹脂為原料,將磁性物質和原料進行混合,經過炭化和活化,最終得到磁性活性炭。一類是以活性炭為原料,通過二次賦予活性炭磁性得到磁性活性炭。活性炭的賦磁技術常用的主要有浸漬法、磁化劑法、粘結法和混合法。

              活性炭 

              活性炭的磁分離試驗(來源:韓研活性炭)

              1.浸漬法

              將活性炭浸入到鈷、鎳、鐵等金屬鹽溶液或其它鹽溶液中,然后通過處理制備得到磁性活性炭。Gorria等將浸漬于蔗糖和鎳鹽混合液中的活性炭在600℃下熱處理,發現活性炭的孔隙內形成了磁性的鎳納米顆粒,制得的磁性復合材料在低強度外磁場作用下很容易分離回收。然而浸漬法負載磁性的過程通常需要經過再次高溫,成本相對較高。

              2.吸附法

              磁化劑是一類由磁性材料和表面活性劑組成,能夠目標物復合并賦予其磁性的物質。劉守新等先通過共沉淀法用三價鐵鹽和二價鐵鹽制備得到磁性顆粒,然后均勻分散得到目標磁化劑,磁化劑賦磁椰殼活性炭制備磁性炭,發現同種磁化劑對不同物質的磁化效果不同,不同種磁化劑對同種物質的磁化效果也不同,pH值對磁化劑的賦磁效果有很大影響,磁化劑的用量與磁化率成正比,磁化率對吸附性能的影響并不大。

              3.粘結法

              粘結法是用粘結劑把磁性材料和活性炭結合在一起而使活性炭含有磁性的方法,此法的缺點是使用粘結劑可能降低活性炭的吸附性能。E.Herkenhoff采用活性炭、磁鐵礦和水玻璃粘結方法制造磁性炭,此方法缺點是水玻璃易堵塞活性炭的孔隙結構,磁性粉末和炭之間連接不牢固,磁性容易消失而且成本較高。

              4.混合法

              將可制備成活性炭的原料和磁性材料直接混合,讓磁性材料參與到制備活性炭的炭化和活化過程,從而一步制備得到磁性活性炭材料,省去了二次處理過程,操作過程相對簡單易控制。劉曉琳等以酚醛樹脂為原料,將二茂鐵負載到活性炭表面,一步混合法制得磁性活性炭。發現二茂鐵的添加有利于活性炭孔隙結構的形成和發育,使其具有良好的吸附性能,加入0.6%的二茂鐵后材料的飽和磁化強度為活性炭的20倍,極易進行磁分離。

              資料來源:

              活性炭/鐵氧化物復合材料的制備及其吸附性能研究,莫冰玉。

              磁性活性炭的制備及Fe3O4對活性炭孔結構影響的研究,和艷麗。

              磁性活性炭的制備及其吸附性能,馬放,周家暉,郭海娟,楊樂。

              粉體圈 NANA


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