專利名稱：一種煤基磁性活性炭的制備方法及其煤基磁性活性炭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤基磁性活性炭的制備方法及其制品。
背景技術：
通過某種技術手段給活性炭賦予磁性，不僅能利用活性炭本身具有的良好吸附 性，而且還可利用其磁性采用磁分離技術進行分離回收，這樣就可克服普通活性炭在傳統(tǒng) 過濾法中的碎炭流失、篩網(wǎng)堵塞等缺點，因此逐漸在黃金回收和污水處理等領域得到了廣 泛的應用。賦予活性炭磁性的方法有很多，僅以制備磁性活性炭的基料來區(qū)分，就有以普通 成品活性炭為基料和直接以制備活性炭的原料(例如煤)為基料兩類，其中，后者省去了 進行磁化處理前須事先制備或購買成品活性炭的步驟，即可通過直接將制備基料與磁性添 加劑混合，采用所謂一步法制得磁性活性炭。例如，申請?zhí)枮?00910077154. X，名稱為《一 種磁性活性炭的制備方法和該磁性活性炭》就是以煤為基料，主要以磁金屬氧化物和/或磁 金屬鹽為磁性添加劑來制備磁性活性炭的，該產(chǎn)品的磁性能相對來說比較穩(wěn)定。然而，由于 該磁性活性炭是在制備過程中使用了粘結(jié)劑的定型磁性活性炭，而因粘結(jié)劑的存在就容易 造成該磁性活性炭孔隙的堵塞，在工業(yè)化生產(chǎn)情況下的操作稍有不當，其比表面積就十分 容易降低，也即不能達到實驗室條件下那樣滿意的比表面積；其次是和其它磁性活性炭制 備方法一樣，其制備產(chǎn)品中的磁性添加劑并沒有與碳結(jié)構(gòu)有機結(jié)合，只是分布在活性炭結(jié) 構(gòu)表面或者孔隙內(nèi)的表壁上，又容易造成一些孔隙堵住，進而使其比表面積更加減??；再者 目前制備的磁性活性炭其飽和磁化強度大多較小，磁性能也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是，提供一種不易堵塞孔隙、比表面積較大、飽和磁化化強度較 強的煤基磁性活性炭的制備方法。本發(fā)明的第二目的是，在實現(xiàn)第一發(fā)明目的之基礎上，提供一種不易堵塞孔隙、比 表面積較大、飽和磁化強度較強的煤基磁性活性炭。實現(xiàn)所述第一目的之方案是這樣一種煤基磁性活性炭的制備方法，與現(xiàn)有技術相 同的方面是，該方法是以煤為基料來直接制備磁性活性炭的。其改進之處是，選用脫灰煤粉 制備粉末狀的磁性活性炭。該方法包括如下步驟磁性活性炭的前軀體制備①在裝有氯化鐵(FeCl3)溶液的反應容器內(nèi)，加入所述脫灰煤和表面活性劑十二 烷基磺酸鈉；充分混合后靜止吸附，時間不少于3h (小時)；其中，氯化鐵溶液的質(zhì)量濃度為 5% 9%，脫灰煤氯化鐵溶液=0. 05 0. 06g/mL，脫灰煤粉與十二烷基磺酸鈉的質(zhì)量比 在40 75之間；②用氨水、氫氧化鈉(NaOH)溶液或氫氧化鉀(KOH)溶液與上述混合溶液混合，充 分攪拌后靜置；其中，氨水、氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液的濃度為2% 5%，用量根據(jù)最 終混合溶液的pH在6. 5 8來之間來確定，靜置時間以步驟①所得混合溶液中生成的氫氧化鐵沉淀全部沉在容器底部為度；③過濾，對過濾后的固相物進行烘干處理，得到含有脫灰煤粉和氫氧化鐵混合物 的磁性活性炭的前軀體(其中的氫氧化鐵是該磁性活性炭前軀體中的磁性添加劑)；煤基磁性活性炭制備④將所述前軀體與活化劑氫氧化鉀或氫氧化鈉充分混合，并加蒸餾水均勻攪拌成 糊狀，在氮氣保護下，于溫度為500 600°C之間炭化；其中，炭化前的脫灰煤粉與氫氧化鉀 或氫氧化鈉的質(zhì)量比為1 2 1 3，炭化時間為0.5 Ih;⑤將被炭化后的前軀體在氮氣保護下，于溫度為800 900°C之間活化，活化時間 為1 2h ；然后，按照步驟①中所述脫灰煤粉為8g計算，用不小于50mL的蒸餾水浸漬至少 0. 5h，接著過濾沖洗不小于三次；最后在60 80°C烘干處理至少8h，即得到具有磁性的粉 末狀煤基磁性活性炭。實現(xiàn)所述第二發(fā)明目的之方案，是這樣一種粉末煤基磁性活性炭，它是在實現(xiàn)第 一發(fā)明目的基礎上制備的粉末煤基磁性活性炭。從制備方案中可以看出，本發(fā)明的煤基料不但采用了雜質(zhì)含量極少的脫灰煤粉， 而且其磁性添加劑——氫氧化鐵也與現(xiàn)有技術不同。因此，與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明方 法不僅具有獲取磁性添加劑的原料相對單純，步驟簡單，易于操作與掌握的優(yōu)點；并且，一 是因為沒有使用粘結(jié)劑，二是因為其磁性添加劑氫氧化鐵在制備過程中與碳結(jié)構(gòu)發(fā)生了反 應，最終生成碳化鐵(磁性活性炭中的磁性體)，實現(xiàn)了磁性體與碳結(jié)構(gòu)的有機結(jié)合，從而 避免了堵塞孔隙，造成比表面積降低的弊端，得到的磁性活性炭具有較大的比表面積和飽 和磁化強度較強之優(yōu)點。驗證表明，本發(fā)明方法所制備的煤基磁性活性炭的比表面積可達 到1200m2/g以上，最大為1327. 5m2/g ；飽和磁化強度均可達到22emu/g以上。驗證同時表 明，經(jīng)炭化和活化之后，氫氧化鐵將轉(zhuǎn)化為與活性炭間有很強結(jié)合力的碳化鐵(Fe3C)形態(tài) 存在，而該碳化鐵就是本發(fā)明煤基磁性活性炭中的磁性體。所以，本發(fā)明還有磁性體不會脫 落、磁性能穩(wěn)定，其磁性活性炭容易分離回收的優(yōu)點。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1 本發(fā)明驗證例IXRD衍射圖譜。圖2 本發(fā)明驗證例1在氯化鐵質(zhì)量濃度為5%、pH = 6. 5的條件下制備的煤基磁 性活性炭的磁滯回線。圖3 本發(fā)明驗證例3在氯化鐵質(zhì)量濃度為5%、pH = 8的條件下制備的煤基磁性 活性炭的磁滯回線。圖4 本發(fā)明驗證例6在氯化鐵質(zhì)量濃度為9%、pH = 6. 5的條件下制備的煤基磁 性活性炭的磁滯回線。
具體實施例方式一、一種煤基磁性活性炭的制備方法，該方法是以煤為基料來直接制備磁性活性 炭的，其特征在于，作為基料的煤是其粒度為小于等于0. 15mm的脫灰煤粉，該方法包括如 下步驟
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磁性活性炭的前軀體制備①在裝有氯化鐵溶液的反應容器內(nèi)，加入所述脫灰煤粉和表面活性劑十二烷基磺 酸鈉；充分混合后靜止吸附，時間不少于3h ；其中，氯化鐵溶液的質(zhì)量濃度為5% 9%，脫 灰煤粉氯化鐵溶液=0. 05 0. 06g/mL，脫灰煤粉與十二烷基磺酸鈉的質(zhì)量比在40 75之間。②用氨水、氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液與上述混合溶液混合，充分攪拌后靜置； 其中氨水、氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液的濃度為2% 5%，用量根據(jù)最終混合溶液的pH 在6. 5 8來之間來確定，靜置時間以步驟①所得混合溶液中生成的氫氧化鐵沉淀全部沉 在容器底部為度。③過濾，對過濾后的固相物進行烘干處理，得到含有脫灰煤粉和氫氧化鐵混合物 的磁性活性炭的前軀體。通常，烘干處理溫度在60 80°C范圍內(nèi)為宜，溫度過高易破壞煤 分子結(jié)構(gòu)，溫度過低會使烘干處理時間延長。煤基磁性活性炭制備(賦磁)④將所述前軀體與活化劑氫氧化鉀或氫氧化鈉充分混合，并加蒸餾水均勻攪拌成 糊狀，在氮氣保護下，于溫度為500 600°C之間炭化；其中，炭化前的脫灰煤粉與氫氧化鉀 或氫氧化鈉的質(zhì)量比為1 2 1 3，炭化時間為0.5 lh。鑒于本步驟已屬常規(guī)技術 中的步驟，故所述“糊狀”稠度，本領域技術人員即可憑其經(jīng)驗控制，也可通過有限的幾次常 規(guī)試驗確定。⑤將被炭化后的前軀體在氮氣保護下，于溫度為800 900°C之間活化，活化時間 為1 2h ；然后，按照步驟①中所述脫灰煤粉為8g計算，用不小于50mL的蒸餾水浸漬至少 0. 5h，接著過濾沖洗不小于三次；最后在60 80°C烘干處理至少8h，即得到具有磁性的粉 末狀煤基磁性活性炭。進一步講，本發(fā)明所用基料——脫灰煤粉，既可以購買，也可以自制；所用原煤可 以是煙煤、無煙煤等。在本具體實施方式
中提供如下自制方法。該脫灰煤粉是將原煤通過 酸洗制得，其步驟包括將原煤粉碎至粒度小于等于0. 15mm粉末狀；用鹽酸(HCl)溶液在65 85°C的溫水浴條件下酸洗30 50min ；其中，鹽酸溶液 的質(zhì)量濃度為8% 12%，原煤粉鹽酸溶液=Ig 3 5mL，靜置冷卻，倒掉上清液。用 鹽酸酸洗時，水浴溫度、酸洗時間、鹽酸溶液濃度，以及原煤粉與鹽酸溶液的比，在所給出的 范圍內(nèi)隨意取值搭配均可。然后用氫氟酸(HF)溶液在55 75°C的溫水浴條件下酸洗40 60min ；其中，氫 氟酸溶液的質(zhì)量濃度為14% 20%，原煤粉氫氟酸溶液=Ig 4 6mL。用氫氟酸酸洗 時，水浴溫度、酸洗時間、鹽酸溶液濃度，以及原煤粉與氫氟酸溶液的比，在所給出的范圍內(nèi) 隨意取值搭配均可。最后，靜置冷卻、過濾、干燥，得脫灰煤粉。通常，其干燥溫度80°C左右。本發(fā)明通過了實驗室的試驗驗證，其制備步驟及條件按照上述具體實施方式
，但 只從直接采用粉末狀脫灰煤為基料開始，各例均用8g脫灰煤。制品——煤基磁性活性炭 的比表面積采用ASAP2010比表面積分析儀測定，其飽和磁化強度、剩磁和矯頑力采用美國 Lake Shore公司生產(chǎn)的7304型振動樣品磁強計(VSM)測定。各驗證例處理條件及實驗結(jié)
5果見驗證例表1和圖1至圖4。驗證例表1
權(quán)利要求
一種煤基磁性活性炭的制備方法，該方法是以煤為基料來直接制備磁性活性炭的，其特征在于，作為基料的煤是脫灰煤粉，該方法包括如下步驟①在裝有氯化鐵溶液的反應容器內(nèi)，加入所述脫灰煤粉和表面活性劑十二烷基磺酸鈉；充分混合后靜止吸附，時間不少于3h；其中，氯化鐵溶液的質(zhì)量濃度為5％～9％，脫灰煤粉∶氯化鐵溶液＝0.05～0.06g/mL，脫灰煤粉與十二烷基磺酸鈉的質(zhì)量比在40～75之間；②用氨水、氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液與上述混合溶液混合，充分攪拌后靜置；其中，氨水、氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液的濃度為2％～5％，用量根據(jù)最終混合溶液的pH在6.5～8來之間來確定，靜置時間以步驟①所得混合溶液中生成的氫氧化鐵沉淀全部沉在容器底部為度；③過濾，對過濾后的固相物進行烘干處理，得到含有脫灰煤粉和氫氧化鐵混合物的磁性活性炭的前軀體；④將所述前軀體與活化劑氫氧化鉀或氫氧化鈉充分混合，并加蒸餾水均勻攪拌成糊狀，在氮氣保護下，于溫度為500～600℃之間炭化；其中，炭化前的脫灰煤粉與氫氧化鉀或氫氧化鈉的質(zhì)量比為1∶2～1∶3，炭化時間為0.5～1h；⑤將被炭化后的前軀體在氮氣保護下，于溫度為800～900℃之間活化，活化時間為1～2h；然后，按照步驟①中所述脫灰煤粉為8g計算，用不小于50mL的蒸餾水浸漬至少0.5h，接著過濾沖洗不小于三次；最后在60～80℃烘干處理至少8h，即得到具有磁性的粉末狀煤基磁性活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述煤基磁性活性炭的制備方法，其特征在于，所述脫灰煤粉是將 原煤通過酸洗制得，其步驟包括將原煤粉碎至粒度小于等于0. 15mm粉末狀；用鹽酸溶液在65 85°C的溫水浴條件下酸洗30 50min，靜置冷卻，倒掉上清液；其 中，鹽酸溶液的質(zhì)量濃度為8% 12%，原煤粉鹽酸溶液=Ig 3 5mL ；然后用氫氟酸溶液在55 75 °C的溫水浴條件下酸洗40 60min ；其中，氫氟酸溶液的 質(zhì)量濃度為14% 20%，原煤粉氫氟酸溶液=Ig 4 6mL ；最后，靜置冷卻、過濾、干燥，得脫灰煤粉。
3.一種煤基磁性活性炭，其特征在于，它是通過權(quán)利要求1或2所述煤基磁性活性炭的 制備方法所制備的粉末狀的煤基磁性活性炭。
全文摘要
一種煤基磁性活性炭的制備方法及其煤基磁性活性炭，其方法包括將脫灰煤粉、十二烷基磺酸鈉放入氯化鐵溶液中，充分混合后靜止吸附；再向混合液中加入氨水、氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液，充分攪拌后靜置以使氯化鐵轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵；過濾并烘干固相物，得到脫灰煤和氫氧化鐵的混合物，即磁性活性炭前軀體；將前軀體與活化劑氫氧化鉀或氫氧化鈉充分混合，加蒸餾水攪拌成糊狀，在氮氣保護下加溫炭化；在氮氣保護下加熱活化的步驟。所得煤基磁性活性炭的孔隙不易堵塞，其中的磁性體以Fe3C形態(tài)存在，具有較大的飽和磁化強度及比表面積之特征。本發(fā)明煤原料來源廣泛，價格低廉，制備工藝簡單；磁性活性炭易于分離回收。
文檔編號B01J20/20GK101972629SQ20101052582
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者劉成倫, 劉科, 徐龍君 申請人:重慶大學