一種稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒的制備方法及利用其處理含鉛廢水的方法
【專利摘要】一種稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒（RC-Fe3O4）的制備方法及利用其處理含鉛廢水的方法，具體內(nèi)容為以稻殼和鐵鹽為原料，采用過程簡單的浸漬-碳熱制備法制得RC-Fe3O4粉末，吸附廢水中的重金屬鉛離子。利用該材料可以大量吸附廢水中的鉛離子，并可在外加磁場的作用下進(jìn)行分離，達(dá)到鉛離子的高效去除和廢水凈化的目的，金屬離子的去除率可達(dá)到97%，且RC-Fe3O4材料可以再生使用。
【專利說明】一種稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒的制備方法及利用 其處理含鉛廢水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒(RC-Fe3O4)的制備及用其處理 含鉛廢水的方法，具體內(nèi)容為以稻殼和鐵鹽為原料，采用過程簡單的浸潰-碳熱制備法制 得RC-Fe3O4粉末，吸附廢水中的重金屬鉛離子。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬是造成環(huán)境污染的一類有毒物質(zhì)。我國是世界第三大礦業(yè)大國，礦產(chǎn)的開 采、冶煉和加工等過程給環(huán)境帶入了大量的重金屬。鉛及其化合物是一類毒性很大的環(huán)境 污染物，被人體吸收后主要損害骨骼、造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，引起貧血、末稍神經(jīng)炎，還可隨 血液流入腦組織，干擾新陳代謝活動(dòng)，引起腦損傷。鉛污染最可怕的危害在于其一旦進(jìn)入水 體或土壤，就難以去除甚至造成永久性的污染。因此，對含鉛廢水進(jìn)行有效處理成為環(huán)境治 理中越來越突出的問題。目前，含鉛廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、反滲 透法、電解法、膜分離法等。而吸附法是最具前景的處理方法之一。
[0003]自富勒烯和碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來，在世界范圍內(nèi)便掀起了碳材料的研究熱潮。碳 材料以其穩(wěn)定的化學(xué)性能、獨(dú)特的物理和電磁學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、冶 金、電子、環(huán)保等領(lǐng)域。然而，隨著我們對能源的需求量不斷增大，石化燃料的供應(yīng)日益緊 張，對碳材料的發(fā)展和應(yīng)用造成了很大限制，因而迫切需要其他能源的補(bǔ)充與替代。生物質(zhì) 是唯一可再生的碳源，且來源豐富、價(jià)格廉價(jià)，成為代替石化碳源制備碳材料的最佳選擇。 其中，利用農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)制備活性炭是一種既可減少環(huán)境污染，又可拓寬能源渠道的 新模式。我國是水稻種植大國，當(dāng)前的總產(chǎn)量居世界首位。稻殼是稻米加工過程中的主要 副產(chǎn)品，我國每年稻殼產(chǎn)量可達(dá)數(shù)千萬噸。稻殼的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和 少量礦物鹽，主要元素是碳、氫、氧、硅，含碳量極高，是十分優(yōu)良的活性炭制備原料。
[0004]活性炭由于具有較大的比表面積,可在其表面或孔道中負(fù)載多種金屬或非金屬， 以制備新型功能復(fù)合材料。這種復(fù)合材料可同時(shí)兼顧每種材料的優(yōu)點(diǎn)，使材料的性能得到 優(yōu)化?；钚蕴颗c金屬復(fù)合得到的復(fù)合材料常用于環(huán)境污染修復(fù)領(lǐng)域中吸附劑或催化劑的制 備。這種方法能夠提高活性炭吸附性的原因，一方面利用金屬粒子對某些污染物(包括鉛) 具有很好的結(jié)合能力；另一方面則是利用均勻分散的金屬粒子可有效增加復(fù)合材料與污染 物的接觸位點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒的制備方法及利用 其處理含鉛廢水的方法，使得本發(fā)明所制備的稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒中納米四 氧化三鐵顆粒分散且不易脫落，儲(chǔ)存于常溫常壓下即可，且對鉛的吸附率高。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒的制備方法，包括下 列步驟:[0007](A)將稻殼用純水漂洗3-5次，105°C烘干24小時(shí)，碾碎過80目篩，得稻殼粉；
[0008](B)配制摩爾濃度為0.5~5mol/L的FeCl3 *6H20溶液，充分?jǐn)嚢柚敝罠eCl3 *6H20 完全溶解，得到FeC13溶液；
[0009](C)按1:5~20質(zhì)量體積比將稻殼粉浸入上述FeCl3溶液中，50_70°C攪拌12小時(shí)，尚心分尚后，80_100°C烘干,得浸潰的稻殼粉；
[0010](D)將得浸潰的稻殼粉在流速為30-50mL/min持續(xù)氮?dú)饬飨聼峤?，升溫程序?yàn)?從室溫以10-20°C /min升至800°C，保持60_120min，冷卻后即得稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒，即RC-Fe3O4材料。
[0011]為達(dá)上述目的，本發(fā)明還提供了一種利用上述稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒處理含鉛廢水的方法，其包括:
[0012](A)在質(zhì)量濃度為l-1000mg/L含鉛廢水中加入稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒，并使其在含鉛廢水中的質(zhì)量濃度為0.1-2.0g/L ；
[0013](B)將步驟(A)所得的混合溶液于室溫和轉(zhuǎn)速為250rmp的條件下振蕩60_120min， 即可去除含鉛廢水中的鉛離子。
[0014]上述利用稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵處理含鉛廢水的方法，還可進(jìn)一步將經(jīng)步驟(B)處理后的稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒用磁鐵吸附，集中起來后，用去離子水清洗后，再次投入含鉛廢水的處理。
[0015]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016](I)本發(fā)明在稻殼上修飾磁性四氧化三鐵粒子，并能將其運(yùn)用于含鉛廢水的處理， 不僅原料廉價(jià)易得，降低了生產(chǎn)成本，真正實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”，且本發(fā)明的制備過程簡單， 易于操作和控制，便于進(jìn)行大量生產(chǎn)。
[0017](2)本發(fā)明使用的稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒表面積大，吸附能力強(qiáng)，對鉛的處理效果顯著，在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到平衡，去除率高達(dá)90%以上。
[0018](3)本發(fā)明制備的稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒能有效提高活性炭的對鉛吸附能力，且吸附后的材料通過外加磁場進(jìn)行固液分離，不僅吸附后的材料可以經(jīng)再生后回用，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，而且可以有效縮短吸附后的固液分離時(shí)間，整個(gè)過程快速、高效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為RC-Fe3O4的光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果；
[0020]圖2為RC-Fe3O4的TEM觀察結(jié)果；
[0021] 圖3為RC-Fe3O4的XRD表征結(jié)果；
[0022]圖4為本方法去除含鉛廢水中鉛離子的動(dòng)力學(xué)曲線，RC-Fe3O4添加量為0.lg，鉛離子質(zhì)量濃度為500mg/L。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的可行性和穩(wěn)定性。
[0024]實(shí)例一:
[0025](I)取2g稻殼用適量純水漂洗3次，105°C烘干24小時(shí)，碾碎過80目篩，得稻殼粉；稱取5.4g FeCl3 ? 6H20加入到20mL蒸餾水中，充分?jǐn)嚢枞芙獾胠mol/L FeCl3溶液；而后將上述稻殼粉浸入FeCl3溶液中，60°C 300r/min攪拌12小時(shí)，離心分離后80°C烘干；將浸潰后的稻殼粉磨碎，在30mL/min持續(xù)氮?dú)饬飨聼峤?，升溫程序?yàn)?從室溫以10°C /min升至800°C，保持60min ;在管式爐中冷卻后取出，即得到稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒， 也即RC-Fe3O4顆粒。
[0026] (2)稱取0.03g稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵置于IOOmL的PVC小瓶中，加入 IOOmU鉛離子質(zhì)量濃度為100mg/L的含鉛廢水。蓋緊瓶蓋后，將樣品瓶放在振蕩器內(nèi)，于室溫下250轉(zhuǎn)/分振蕩60分鐘，然后過濾取濾液測定剩余鉛離子濃度，計(jì)算得到去除率為 100%，RC-Fe3O4對鉛離子的提取量為333.3mg/g。將吸附后的RC-Fe3O4材料通過外加磁場集中起來，用去離子水洗一遍，再次加入100mL、100mg/L的含鉛廢水,重復(fù)上述步驟,鉛離子去除率為95.3%。
[0027]實(shí)例二:
[0028](I)取2g稻殼用適量純水漂洗4次，105°C烘干24小時(shí)，碾碎過80目篩，得稻殼粉；稱取5.4g FeCl3 ? 6H20加入到IOmL蒸餾水中，充分?jǐn)嚢枞芙獾?mol/L FeCl3溶液；而后將上述稻殼粉浸入FeCl3溶液中，50°C 300r/min攪拌12小時(shí)，離心分離后90°C烘干；將浸潰后的稻殼粉磨碎，在40mL/min持續(xù)氮?dú)饬飨聼峤猓郎爻绦驗(yàn)?從室溫以15°C /min升至800°C，保持60min ;在管式爐中冷卻后取出，即得到RC-Fe3O4顆粒。
[0029](2)稱取0.05g RC-Fe3O4置于IOOmL的PVC小瓶中，加入IOOmU鉛離子質(zhì)量濃度為200mg/L的含鉛廢水。蓋緊瓶蓋后，將樣品瓶放在振蕩器內(nèi)，于室溫下250轉(zhuǎn)/分振蕩80 分鐘，然后過濾取濾液測定剩余鉛離子濃度，計(jì)算得到去除率為97%，RC-Fe3O4對鉛離子的提取量為388mg/g (具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見圖4)。
[0030]實(shí)例三:
[0031](I)取3g稻殼用適量純水漂洗5次，105°C烘干24小時(shí)，碾碎過80目篩，得稻殼粉；稱取10.8g FeCl3 *6H20加入到40mL蒸餾水中，充分?jǐn)嚢枞芙獾胠mol/L FeCl3溶液；而后將上述稻殼粉浸入FeCl3溶液中，70°C 300r/min攪拌12小時(shí)，離心分離后100°C烘干；將浸潰后的稻殼粉磨碎，在50mL/min持續(xù)氮?dú)饬飨聼峤猓郎爻绦驗(yàn)?從室溫以20°C /min升至800°C，保持80min ;在管式爐中冷卻后取出，即得到RC-Fe3O4顆粒。
[0032](2)稱取0.1g RC-Fe3O4置于IOOmL的PVC小瓶中，加入100mL、鉛離子質(zhì)量濃度為 500mg/L的模擬含鉛廢水。蓋緊瓶蓋后，將樣品瓶放在振蕩器內(nèi)，于室溫下250轉(zhuǎn)/分振蕩 90分鐘，然后過濾取濾液測定剩余鉛離子濃度，計(jì)算得到去除率為92.6%，RC-Fe3O4對鉛離子的提取量為463mg/g。
[0033]實(shí)例四:
[0034](I)取4g稻殼用適量純水漂洗3次，105°C烘干24小時(shí)，碾碎過80目篩，得稻殼粉；稱取20.25g FeCl3 *6H20加入到50mL蒸餾水中，充分?jǐn)嚢枞芙獾?.5mol/L FeCl3溶液； 而后將上述稻殼粉浸入FeCl3溶液中，60°C 300r/min攪拌12小時(shí)，離心分離后80°C烘干； 將浸潰后的稻殼粉磨碎，在45mL/min持續(xù)氮?dú)饬飨聼峤?，升溫程序?yàn)?從室溫以10°C /min 升至800°C，保持120min ;在管式爐中冷卻后取出，即得到RC-Fe3O4顆粒。
[0035](2)稱取0.15g RC-Fe3O4置于IOOmL的PVC小瓶中，加入100mL、鉛離子質(zhì)量濃度為 700mg/L的模擬含鉛廢水。蓋緊瓶蓋后，將樣品瓶放在振蕩器內(nèi)，于室溫下250轉(zhuǎn)/分振蕩 120分鐘，然后過濾取濾液測定剩余鉛離子濃度，計(jì)算得到去除率為94.1%，RC-Fe3O4對鉛離子的提取量為439.lmg/g0將吸附后的材料集中起來，用去離子水洗一遍，再次加入lOOmL、 700mg/L的模擬含鉛廢水，重復(fù)上述步驟，鉛離子去除率為85.2%。
[0036]實(shí)例五:
[0037](I)取2g稻殼用適量純水漂洗3次，105°C烘干24小時(shí)，碾碎過80目篩，得稻殼粉；稱取5.4g FeCl3 ? 6H20加入到40mL蒸餾水中，充分?jǐn)嚢枞芙獾?.5mol/L FeCl3溶液； 而后將上述稻殼粉浸入FeCl3溶液中，70°C 300r/min攪拌12小時(shí)，離心分離后80°C烘干； 將浸潰后的稻殼粉磨碎，在30mL/min持續(xù)氮?dú)饬飨聼峤猓郎爻绦驗(yàn)?從室溫以12°C /min 升至800°C，保持60min ;在管式爐中冷卻后取出，即得到RC-Fe3O4顆粒。 [0038](2)稱取0.2g RC-Fe3O4置于IOOmL的PVC小瓶中，加入lOOmL、鉛離子質(zhì)量濃度為 1000mg/L的模擬含鉛廢水。蓋緊瓶蓋后，將樣品瓶放在振蕩器內(nèi)，于室溫下250轉(zhuǎn)/分振蕩70分鐘，然后過濾取濾液測定剩余鉛離子濃度，計(jì)算得到去除率為90.8%，RC-Fe3O4對鉛離子的提取量為454mg/g。
[0039]本發(fā)明并不限于以上具體實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒的制備方法，其特征在于包括下列步驟:(A)將稻殼用純水漂洗3-5次，105°C烘干24小時(shí)，碾碎過80目篩，得稻殼粉；(B)配制摩爾濃度為0.5~5mol/L的FeCl3 ? 6H20溶液，充分?jǐn)嚢柚敝罠eCl3 ? 6H20完全溶解，得到FeCl3溶液；(C)按1:5~20質(zhì)量體積比將稻殼粉浸入上述FeCl3溶液中，50-70°C攪拌12小時(shí)，離心分尚后，80_100°C烘干,得浸潰的稻殼粉；(D)將浸潰的稻殼粉在流速為30-50mL/min持續(xù)氮?dú)饬飨聼峤?，升溫程序?yàn)?從室溫以 10-200C /min升至800°C，保持60_120min，冷卻后即得稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒， 即RC-Fe3O4材料。
2.一種利用權(quán)利要求1所述稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒處理含鉛廢水的方法， 其特征在于包括:(A)在質(zhì)量濃度為l-1000mg/L含鉛廢水中加入稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒，并使其在含鉛廢水中的質(zhì)量濃度為0.1-2.0g/L ；(B) 將步驟(A)所得的混合溶液于室溫和轉(zhuǎn)速為250rpm的條件下振蕩60_120min，即可去除含鉛廢水中的鉛離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵處理含鉛廢水的方法，其特征在于:將經(jīng)步驟(B)處理后的稻殼基炭負(fù)載納米四氧化三鐵顆粒用磁鐵吸附，集中起來后，用去離子水清洗后，再次投入含鉛廢水的處理。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK103551113SQ201310580963
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】羅斯, 王帆, 彭亮, 曾清如 申請人:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)