本發(fā)明屬于成型炭陶瓷的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉炭與無機(jī)粘結(jié)劑成型制備用于吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
炭陶瓷是多孔陶瓷，是一種新型的陶瓷材料。多孔陶瓷是一種含有較發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的無機(jī)非金屬材料。炭陶瓷是通過陶瓷材料和炭材料或含碳物質(zhì)混合經(jīng)高溫?zé)Y(jié)得到的一種具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)的材料。它不僅具有活性炭的比表面積高、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)和吸附性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，而且還結(jié)合了陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫和耐酸堿等特點(diǎn)。炭陶瓷在過濾器、熱交換器、催化劑載體、光電器件及傳感器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，成型炭陶瓷可以使炭陶瓷應(yīng)用于各種連續(xù)化工業(yè)操作過程，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用提供新的材料。
腐植酸在日常飲用水和廢水中會(huì)呈現(xiàn)棕黃色，并且使得水體中含有較高的bod(biochemicaloxygendemand)值。因?yàn)楦菜釠]有生物降解能力，與眾多污染物(重金屬、農(nóng)藥、殺蟲劑)有高親和力并且持久性長，而對(duì)生物體和人體造成不利影響。腐植酸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如：作為乳化劑、色素以及去除鍋爐廢水中的磷等。環(huán)境中過量的腐植酸都是由于這些行業(yè)對(duì)腐植酸的廣泛使用而導(dǎo)致的。加之，對(duì)于我國生活用水而言，一般的消毒方式主要用氯消除為主，在用氯對(duì)水進(jìn)行消毒處理時(shí)，水中的腐植酸會(huì)和氯反應(yīng)產(chǎn)生三鹵甲烷等有害物質(zhì)，嚴(yán)重?fù)p害人體健康。因此，對(duì)水體中腐植酸的去除具有很大的意義。
已有很多專利公開了對(duì)腐植酸有吸附性能的改性材料，專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01110193973.8)公布了一種利用表面活性劑改性的凹凸棒土去除水中腐殖酸的方法。改性后的凹凸棒土被研磨成粉體后對(duì)腐植酸的吸附量為157.44mg/g，但其所采用的表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨對(duì)水體中的魚類生物是劇毒，且對(duì)眼睛有刺激性、具有腐蝕性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明是為了提供一種強(qiáng)度高、方便再生的用于吸附廢水中腐殖酸用的成型炭陶瓷的制備方法。
技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種用于吸附腐殖酸的成型炭陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
1)按質(zhì)量比為1：(2～4)的比例混合無機(jī)粘結(jié)劑和粉狀炭，然后加入水，放入捏合機(jī)中攪拌捏合，得到塑化物料；
2)將塑化物料擠壓成型，然后將成型體在烘箱中烘干，得到炭陶瓷胚體；
3)將炭陶瓷胚體在800～1000℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后取出制得。
步驟1)中，所述的粉狀炭的粒度大于80目，即小于178μm。
步驟1)中，所述的粉狀炭包括破碎、研磨的木炭，竹炭，秸稈炭，煤炭，以及活性炭和使用后的廢棄活性炭。
步驟1)中，所述的無機(jī)粘結(jié)劑包括凹凸棒土、膨潤土、海泡石和白土。
步驟1)中，所述的無機(jī)粘結(jié)劑的粒度大于120目，即小于105μm。
步驟1)中，粉狀炭與無機(jī)粘結(jié)劑的質(zhì)量比是3～4：1。
步驟3)中，燒結(jié)溫度在800～900℃。
步驟3)中，燒結(jié)2～2.5h。
有效效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)有：所制備的炭陶瓷，不僅具有良好的成型效果，而且強(qiáng)度高，均在95％以上，比表面積高，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積高達(dá)607m2/g、總孔容達(dá)0.7195cm3/g；對(duì)腐植酸的吸附性能好，其吸附量達(dá)到193.3mg/g顯著高于比表面積大于700m2/g的商業(yè)成型活性炭的腐殖酸吸附量。
具體實(shí)施方式
根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
為了更好地了解下面的實(shí)施例，且考慮到活性炭是目前常用的去除廢水中腐殖酸的主要吸附劑，本實(shí)施例選擇三種商業(yè)生產(chǎn)的兩種煤質(zhì)柱狀活性炭作為對(duì)比，分別采用活性炭的國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t12496.8—1999，gb/t12496.10—1999和gb/t12496.6—1999所規(guī)定的方法測試了活性炭的碘吸附值、亞甲基藍(lán)吸附值和強(qiáng)度；采用autosorb－iq2型比表面積分析儀(美國quan-tachrome公司)測定活性炭的氮?dú)馕降葴鼐€。運(yùn)用氮?dú)馕降葴鼐€法分析了材料的bet比表面積和比孔容積。
實(shí)施例1
將已粉碎過篩至120目以上的凹凸棒土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例2
將已粉碎過篩至120目的凹凸棒土與粉碎至200目以上的木炭按照1：3的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例3
將已粉碎過篩至200目以上的凹凸棒土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：2的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥后取出，然后以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例4
將已粉碎過篩至120目以上的膨潤土至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例5
將已粉碎過篩至120目以上的海泡石與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例6
將已粉碎過篩至120目以上的白土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后，以5℃/min的升溫速率加熱到800℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例7
將已粉碎過篩至120目以上的凹凸棒土至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后，以5℃/min的升溫速率加熱到850℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例8
將已粉碎過篩至120目以上的凹凸棒土至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后，以5℃/min的升溫速率加熱到900℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例9
將已粉碎過篩至200目的凹凸棒土與粉碎至200目以上的廢棄粉狀活性炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合2h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥4h，取出，將其冷卻到室溫后以5℃/min的升溫速率加熱到1000℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。實(shí)施例10
將已粉碎過篩至200目以上的膨潤土與粉碎至200目以上的木炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥后取出，然后以5℃/min的升溫速率加熱到850℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。
實(shí)施例11
將已粉碎過篩至200目以上的膨潤土與粉碎至200目以上的木炭按照1：4的質(zhì)量比混合，然后加入水，將其放入捏合機(jī)中進(jìn)行充分混合捏合1h，將上述混合物倒入模具中，進(jìn)行擠壓成型，把擠壓好的柱狀炭陶瓷胚體放入110℃的烘箱中干燥后取出，然后以5℃/min的升溫速率加熱到900℃，保溫2h，待其降到室溫后取出即可得到柱狀炭陶瓷。其性能如表1所示。上述炭陶瓷的強(qiáng)度、碘吸附值、亞甲基藍(lán)吸附值、比表面積與比孔容積的分析方法與選擇作為對(duì)比的活性炭的分析方法相同。腐殖酸的吸附量為飽和吸附量。
表1實(shí)施例所制備的炭陶瓷與對(duì)比活性炭的強(qiáng)度、孔隙結(jié)構(gòu)與吸附性能
從表1的實(shí)施例結(jié)果可以看出，不管采用粉狀活性炭還是木炭為原料，不管是使用何種粘結(jié)劑，都能制備對(duì)腐殖酸具有一定吸附能力的炭陶瓷，而且其腐殖酸的吸附性能都超過商業(yè)生產(chǎn)的煤質(zhì)柱狀活性炭，盡管商業(yè)煤質(zhì)活性炭的比表面積比本發(fā)明所制備的炭陶瓷要高。但本發(fā)明制備的炭陶瓷的比孔容積明顯高于商業(yè)煤質(zhì)活性炭，這是本發(fā)明制備的炭陶瓷具有較大的腐殖酸吸附量的主要原因之一。
比較實(shí)施例1，2和3，可以看出，隨著無機(jī)粘結(jié)劑與粉狀炭的比例減少，即無機(jī)粘結(jié)劑用量的增大，制備的成型炭陶瓷的得率、強(qiáng)度、孔隙結(jié)構(gòu)與吸附性能都有較明顯的變化。其中最為顯著的是炭陶瓷對(duì)腐殖酸的吸附能力；當(dāng)凹凸棒土的用量較大時(shí)，炭陶瓷的強(qiáng)度明顯降低。
比較實(shí)施例1、4、5和6，可以看出，無機(jī)粘結(jié)劑的種類對(duì)于所制備的炭陶瓷的強(qiáng)度、孔隙結(jié)構(gòu)與吸附性能有較明顯影響。影響的具體結(jié)果與無機(jī)粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)與性能有關(guān)，無機(jī)粘結(jié)劑的孔隙結(jié)構(gòu)與制備的炭陶瓷的吸附性能與強(qiáng)度有關(guān)。
比較實(shí)施例2、7、8和9，可以看出，燒結(jié)溫度是影響炭陶瓷的強(qiáng)度與吸附性能的重要因素。隨著燒結(jié)溫度的升高，除得率較明顯降低外，過高的煅燒溫度不利于提高炭陶瓷的吸附能力。