通过对磁化剂用量、pH 值、活化剂等因素对椰壳磁性活性炭磁化率影响的研究。确定了椰壳磁 性活性炭的最佳合成条件为:MR220 为磁化剂、pH 4、在60时加入适当无机盐类活化剂。椰壳磁性 活性炭的物理性质随其磁化率的改变而改变。 关键词: 椰壳活性炭; 表面活性剂;磁化剂; 磁性椰壳活性炭 中图分类号: TQ 424.
前言 作为一种重要的工业原料,活性炭由于其本身 所具有显著的吸附性能、巨大的比表面积、发达的孔 隙结构和稳定的化学性质在冶金、医药、食品及环保 领域得到日益广泛的应用。但在活性炭的实际应用 领域中仍然存在许多问题, 如活性炭的分离问题。
传统的分离方法只能采用过滤法,但这种方法容易 引起筛网堵塞或活性炭的流失。与过滤法相比,磁 选分离具有省时、价廉、安全、质高的优点。对活性 炭来说, 其本身磁化率非常小, 不适于磁分离。因 此,磁性活性炭的研制成为当今各国该领域学者的 关注热点。中国、日本、美国的一些研究人员在这方 面做了大量工作, 但均未得到满意效果。
1990 中国唐山建新活性炭公司以粘结法生产出磁性活性炭,但由于粘结剂的使用,使活性炭的吸附性能大大 降低。1991 年,中国科学院金属研究所王崇琳制得 磁性活性炭的方法为: 将活性炭浸入到含铁、钴、镍 的盐溶液中,然后再将其浸入到草酸铵溶液中,最后 再将其于600 H2、N2 进行磁化处 。但是由于此种方法需高温、高压、成本昂贵。另外,磁性活性炭中由于大量金属盐的渗入,金属含 量过高、吸附性能大大降低。
1992 过将活性炭与乳胶、CMC和水的混合物一起压成片 状而制得磁性活性炭 。1988年～1996 年间美国 人也在这一领域做了大量工作,但收获较少。 椰壳活性炭由于其原料易得,性能优异,在很多 领域是其它木质炭、煤质炭等无法替代的。基于这 一原由,本研究合成了高吸附性、大比表面积的椰壳 磁性活性炭。椰壳活性炭的性质选用黄金炭为原料,其理化指标如下:磁化率 κΠ10 045铁含量 10氯含量 47
这里,活性炭的磁化率测定采用复旦大学教研 仪器厂生产的 H2900 型古依磁天平,测试电流强度 ;活性炭的强度、灰分、水分、碘值、铁含量、氯含量、酸溶物含量依据磁化剂合成原理磁化剂由磁性物质(诸如:磁铁矿、赤铁矿、铁酸 盐、磁赤铁矿、磁黄铁矿,含铁镍的合金等) 和内外两 层表面活性剂的单分子膜构成。表面活性剂的官能 团可以与磁性材料和其它物质相互作用,在适当的 条件下, 表面活性剂可以起到类似桥梁的联接作 [426]。亦即磁化剂为由表面活性剂和磁性材料组 成,能够与其他物质键合并赋予其磁性的物质
磁化剂在水中的理想状态如图1所示
磁化剂结构图Fig. Structureof magnetic reagent 覆盖于磁核表面形成内层单分子膜的表面活性 剂必须为第一水溶性的、有机、异极性、碳原子数不 少于3 ,分子一端必须能与磁性粒子键合,而另一端 为憎水基;覆盖于内层单分子膜表面形成外层单分 子膜的表面活性剂必须为第二水溶性的、有机、异极 性、碳原子数不少于3 ,分子一端的憎水基与内层单 分子膜的憎水基相键合, 分子的另一端向外伸展。
非磁性物质在浆状下,通过其表面与磁化剂外层官 能团的键合,使覆盖了两层表面活性剂单分子膜的 磁核吸附于其表面,从而赋予其磁性。用于内层、外 层的表面活性剂可以为阴离子型或阳离子型,也可 以为非离子型。 磁性物质可以由多种方法获得。例如,可以通 过碾碎矿石获得 Fe3 O4 ,也可以由所谓的湿法获得。 即由二价铁和三价铁的盐类与碱反应即制得浆状磁 铁矿 Fe3 O4 磁化剂合成实例磁性粒子由二价铁盐和三价铁盐与碱反应制 得,即将3. 溶于10 mL 水中,然后加入10 mL 56 %的氨水,快速混合 产生沉淀,将生成的沉淀加热到沸腾。
以磁铁收集 磁性粒子, 然后水洗以冲掉剩余盐类, 最后约得 沉淀溶于10mL 水中,然后向其中加入0. molΠL的氢氧化钠,将此混合物92 恒温 50 min ,以使十二烷基硫酸钠充分吸附于磁性粒子 表面。反应之后以1 molΠL 的盐酸调节其pH 然后以磁铁收集固体颗粒,其余液体弃掉,然后水洗收集到的固体颗粒,最后向其中加入0. 的异丁基三聚磷酸钠和水共10 mL ,制得目标产物—磁化剂。
椰壳磁性活性炭的合成水洗椰壳活性炭,然后将其置于0. 02 molΠL ,调整pH到适当值,然后加入磁 化剂(一定的磁化剂溶于适当量水中) 60搅拌 ,然后水洗活性炭以冲掉活化剂及剩余的磁化剂,然后将其于104 烘干2h ,即制得椰壳磁性活性
磁化剂种类的影响由于磁化剂外层表面活性剂单分子膜亲和能力 的变化,不同磁化剂对同一物质的磁化能力不同,同 种磁化剂对不同物质也具有不同的磁化效果。因 此,在合成椰壳磁性活性炭以前,我们必须确定最佳 磁化剂。表1 列出了磁化剂种类对椰壳活性炭磁化 效果的影响(MR 为系列催化剂编号
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