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活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

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活性炭載四氧化三鐵可磁性分離
文章作者:韓研網(wǎng)絡(luò)部 更新時(shí)間:2019-7-9 15:44:43

  活性炭在吸附過程中,大尺寸的顆粒在相互碰撞或磨損引起的細(xì)顆粒導(dǎo)致分離困難。比如在通過傳統(tǒng)的回收方法難以分離這些細(xì)顆粒,例如重力沉降,離心,過濾和浮選的方式。在一些昂貴的金屬如金萃取工藝以及活性炭工業(yè)中分離和回收這些精細(xì)活性炭顆粒是非常重要的。通過磁分離技術(shù)從水溶液中分離細(xì)活性炭顆粒是一種可行的方法,是一種相對(duì)便宜和快速的去除方法。因此,活性炭的磁化是磁回收過程的關(guān)鍵步驟。

  我們開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的一步法制備具有不同表面積和孔隙率的活性炭。然而,四氧化三鐵在活性炭制備過程中的演化行為和轉(zhuǎn)變機(jī)理尚未深入研究。在本文描述了具有發(fā)達(dá)的介孔結(jié)構(gòu)和相對(duì)磁性能的活性炭的制備。使用煤質(zhì)材料為活性炭的原料和四氧化三鐵用作雙功能添加劑。同時(shí),詳細(xì)分析了四氧化三鐵的轉(zhuǎn)變機(jī)理和活性炭的磁化強(qiáng)度。

  磁性活性炭的制備方法

  將粉末狀褐煤與四氧化三鐵按比例增量充分混合,鐵含量為0%,2%,4%,6%和8%。向前者混合物中加入40wt%高溫煤焦油,10wt%蒸餾水,然后劇烈攪拌。將充分混合的原料以1cm圓筒的形式擠出。將這些圓筒風(fēng)干,然后在臥式爐中以5℃分鐘的加熱速率從室溫碳化至650℃,然后保持45分鐘。然后將焦炭樣品以10℃分鐘的加熱速率連續(xù)加熱至850℃,并且基于焦炭進(jìn)行蒸汽活化。在850°C下放置120分鐘。所得根據(jù)鐵的添加量的活性炭樣品分別命名。

  制成的磁性活性炭形態(tài)分析

  載鐵活性炭的SEM照片如圖1所示。載鐵活性炭具有片狀石墨填充結(jié)構(gòu)的表面形態(tài),其顯示產(chǎn)生大量微孔。對(duì)于所有活性炭,觀察到小的聚集體,其看起來更亮并且在活性炭的較暗表面上得到支撐。細(xì)氧化鐵顆粒傾向于覆蓋活性炭的表面而不是均勻地分散在整個(gè)表面上。作為四氧化三鐵的添加量增加,活性炭表面的聚集增加。通過能量分散X射線(EDX)分析(未顯示),證實(shí)聚集體是含鐵化合物。樣品的鐵含量顯示在圖1中每張圖的右上角。

  圖1:載鐵磁性活性炭的SEM照片。

  活性炭載鐵的表面積和孔體積

  氮等溫線:圖2顯示了活性炭的氮吸附-解吸等溫線?梢钥闯,根據(jù)IUPAC分類,所有活性炭的等溫線屬于具有磁滯回線的Ⅳ型等溫線,表明活性炭具有中孔。隨著四氧化三鐵添加量的增加,活性炭的等溫線低于載鐵活性炭的等溫線,表明比表面積減小,孔隙增大。

  圖2:幾種活性炭的吸附和解吸的等溫線。

  比表面積和孔體積:多孔材料的孔分為三組:微孔(孔隙<2nm),中孔(2nm< 孔隙 <50nm)和大孔(孔隙>50nm)。對(duì)比具有不同含鐵量的活性炭的比表面積和孔體積,發(fā)現(xiàn)添加四氧化三鐵后活性炭的比表面積和總孔容減少。當(dāng)四氧化三鐵的添加量為6%時(shí),比表面積平均孔徑和活性炭的總孔體積具有相對(duì)比較小,但是的中孔發(fā)展比較優(yōu)秀。

  活性炭的磁性測(cè)試

  活性炭的磁滯回線如圖3所示。隨著鐵含量增加,活性炭的飽和磁化強(qiáng)度首先降低并隨后增加;钚蕴康娘柡痛呕瘡(qiáng)度值與活性炭中殘留的四氧化三鐵和金屬鐵的量有關(guān),因?yàn)樗鼈兙哂写判?yīng);钚蕴康奶囟ù呕适谴欧蛛x的重要參數(shù)之一。

  圖3:活性炭的滯后回路。

  與不含鐵的活性炭相比,在四氧化三鐵存在下制備的磁性活性炭的矯頑力和剩磁有顯著影響。矯頑力和剩磁的低值接近于零表明活性炭在室溫下表現(xiàn)出超順磁性;钚蕴康某槾判袨槭蛊涓菀妆淮盆F或磁場(chǎng)分開。同時(shí),低剩磁在活性炭與原始解決方案分離后,大大減少了活性炭的聚集。使用磁鐵的簡(jiǎn)單分離試驗(yàn)的結(jié)果如圖4所示。

  圖4:活性炭的磁分離試驗(yàn)。

  結(jié)論

  (1)采用一步法成功制備了具有發(fā)達(dá)介孔結(jié)構(gòu)的磁性活性炭,具有6wt%四氧化三鐵的活性炭的吸附容量和磁性能可滿足實(shí)際應(yīng)用和磁分離回收的要求。

  (2)作為雙功能添加劑,四氧化三鐵不僅可以加速碳的燃燒,而且還可以產(chǎn)生活性炭磁化,使其成為可磁性分離的活性炭。

  (3)在碳化和活化過程中,殘留的四氧化三鐵和金屬鐵對(duì)所得活性炭產(chǎn)生磁性。

  將來,可能需要進(jìn)一步研究含有鐵的化合物在活性炭中的磁穩(wěn)定性和溶解度,作為水溶液的各種酸度。

文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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