本發(fā)明涉及一種負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭制備方法，屬于資源綜合利用技術領域。

背景技術：

四氧化三鐵，俗稱氧化鐵黑、磁鐵、吸鐵石、黑鐵，為具有磁性的黑色晶體，故又稱為磁性氧化鐵。此物質溶于酸溶液，不溶于水、堿溶液及乙醇、乙醚等有機溶劑。通常用作顏料和拋光物質，也可用于制造錄音磁帶和電訊器材。傳統(tǒng)制備四氧化三鐵顆粒的方法主要有沉淀法、水熱（溶劑熱）法、微乳化法、溶膠-凝膠法，而新興的制備方法諸如微波法、熱解羰基前軀體法、超聲法、空氣氧化法、熱解-還原法、多元醇還原法等因極具發(fā)展前景從而已經成為學者們研究的熱點。在制備四氧化三鐵顆?；蛘邔ζ涓男载撦d的過程中，新型的表面活性劑、制備體系也都有所突破，其中表面活性劑例如SDS（十二烷基苯磺酸鈉）、PEG(聚乙二醇)、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）、檸檬酸、油酸等被應用廣泛，制備體系也相繼出現乙醇-水體系、正丙醇-水、丙二醇-水體系等。

活性炭作為炭材料中性能優(yōu)良的多孔介質的一種，已經被廣泛地應用于諸多的工業(yè)領域，例如氣相與液相的分離、純化，廢水、廢氣、廢染料的吸附處理，做各種催化劑的載體，或者因其優(yōu)良的導電性能而作為超級電容器等。隨著人類社會的發(fā)展，活性炭的應用范圍越來越廣泛，需求量也越來越大，針對不同領域的研究，要求活性炭具有相應的吸附性能，這就對活性炭吸附性能的要求也越來越高，而單純由原材料制備的多孔活性炭，很難滿足于特定領域的特定處理，針對這樣的現象，研究者們將其他具有相應功能但又因其自身結構條件限制而無法獨立應用的有機物或者無機物通過某種手段負載于活性炭表面，從而使得活性炭性能有了極大的飛躍。針對廢水廢氣中各種金屬離子的吸收，本發(fā)明所制備的改性活性炭均可進行有效吸附。

本發(fā)明以紫莖澤蘭作原料制備的原活性炭含碳量高，孔結構分布均勻，負載四氧化三鐵顆粒后并不影響其結構性能，相反的這種改性活性炭的吸附性能更加優(yōu)越專一，從而避免了活性炭泛而吸收不精的現象。由于微波焙燒熔融四氧化三鐵顆粒的過程中有產物水蒸氣生成，隨著后續(xù)裂解，反應會朝著逆方向進行從而對熔融過程不利，故在此過程中通入氮氣以保持平衡分壓，提高反應效率。改性后的活性炭比表面積和未改性的活性炭比表面積差別不大，孔結構也相似，只是在活性炭表面上增加了四氧化三鐵顆粒，這種具有磁性的被負載質對廢水中各種金屬回收利用極為有利。本發(fā)明所使用的未改性活性炭比表面積位2587m²/g，改性后活性炭比表面積2443 m²/g，相比較而言，后者比表面積有稍微的降低，這是因為有些許四氧化三鐵顆粒進入了活性炭孔洞所致，也從側面說明成功負載四氧化三鐵顆粒為有效吸附廢水中各種金屬離子這一突出環(huán)境問題提供了一個切實可行的方法。

申請人在專利號為200910273073.7的專利里，公開了一種“微波法制備四氧化三鐵納米片的方法”，這種方法是以采用可溶性三價鐵鹽為原材料，用乙二醇配置成鐵鹽溶液，往其中加入醋酸鈉和表面活性劑，攪拌均勻后利用微波輻照生成四氧化三鐵，產物經過濾和洗滌后空氣中常溫干燥即得到四氧化三鐵納米片材料。上述發(fā)明與本發(fā)明相比，上述方法采用乙二醇溶解鐵鹽的過程并無其他輔助操作流程，因為乙二醇能與金屬作用形成的醇鹽是一元醇鹽，如將此醇鹽(例如乙二醇一鈉)在氫氣流中加熱到180～200℃則可形成乙二醇二鈉，而本實驗采用簡單的二價和三價鐵鹽的堿化，直接在200℃下微波加熱進行熔鹽裂解，從而避免了上述輔助操作；

申請人在專利號為201510792930.X的專利里，公開了一種 “改性活性炭負載鈰吸附劑的制備方法”，這種方法包括以下步驟：（1）將粒徑0.27～0.83mm的顆粒椰殼活性炭用去離子水洗滌多次；（2）放入干燥箱于110℃下干燥12h，記作AC；（3）分別用一定濃度的HCl，HNO₃，H₂O₂，NH₃·H₂O對AC進行表面氧化改性，洗滌至中性。上述發(fā)明與本發(fā)明相比：上述方法采用酸堿逐一對活性炭進行表面改性，流程繁瑣，且改性過程中未對氨氣做回收處理；而本發(fā)明通過添加表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，充分利用超聲波準確的聲能來對活性炭進行均勻負載，同樣達到了精準的負載效果。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭制備方法。本發(fā)明制備得到的負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭性能較好，碘吸附值能到達1100～2200mg/g。本發(fā)明通過以下技術方案實現。

一種負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭制備方法，包括以下具體步驟：

（1）將FeCl₂、FeCl₃和固體NaOH按照摩爾比為1：1：4～6混合均勻，然后在氮氣氣氛中微波加熱至溫度為180～220℃進行焙燒熔融，熔融結束后冷卻至50℃得到熔融液；

（2）步驟（1）得到的熔融液，按照質量比為10～30：10～30：50～150依次加入十二烷基苯磺酸鈉、以紫莖澤蘭原料制備的活性炭混合均勻，在溫度為40℃、超聲波輔助條件下進行負載，負載結束后加入熱蒸餾水，離心振蕩去掉上清液，過濾并將濾渣在真空干燥箱中進行干燥，得到負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭.

所述步驟（2）中超聲波功率為300～600W。

所述步驟（2）中離心振蕩器轉速為300r/min。

所述步驟（2）中真空干燥箱真空度為0.005～0.01MPa。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本方法選取的負載基體活性炭是通過活化外來入侵物種紫莖澤蘭而得到的，從而該活性炭生產成本低廉，即負載基體的成本不高，這就為改性提供了必要的可能性；

（2）本方法采用微波加熱焙燒堿化的二價和三價鐵鹽，一步到位制備了四氧化三鐵顆粒的離子液體，選擇裂解溫度200℃，高溫對陰陽離子晶格的損壞，也使后續(xù)緩慢冷卻更容易；

（3）本方法采取通入氮氣的方式，以氮氣的平衡分壓維持了反應方程的平衡，并使其盡量朝著生成四氧化三鐵的方向進行；

（4）本方法采取蒸餾水對制備的改性活性炭進行多次洗滌，可使部分熔融的氯化鈉溶解；

（5）本方法采取超聲波輔助常溫負載，充分利用了其方向性和穿透性；

（6）本方法采取真空干燥避免了改性活性炭在干燥過程中的氧化，從而保證了改性活性炭的得率；

（7）目前常規(guī)的技術只是致力于如何制備結構優(yōu)良、吸附性能良好的活性炭，但是對于改性技術的研究并不深遠，本方法針對特定被吸附質進行活性炭的改性則具有良好前景。

（8）本方法采取回收利用的原則，回收濾液中氯化鈉；

（9）本發(fā)明制備得到的負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭性能較好，碘吸附值能到達1100～2200mg/g。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1以紫莖澤蘭為原料制備的活性炭FT-IR圖；

圖2是本發(fā)明實施例1制備得到的負載四氧化三鐵顆粒的改性活性炭FT-IR圖；

圖3是本發(fā)明實施例1以紫莖澤蘭為原料制備的活性炭掃描電鏡圖；

圖4是本發(fā)明實施例1制備得到的負載四氧化三鐵顆粒的改性活性炭掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明實施例中比表面積采用全自動物理化學吸附儀（Autosorb-1-C，康塔公司）測定，碘吸附值根據國家標準GB/T12496.10-1999測定。

實施例1

該負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭制備方法，包括以下具體步驟：

（1）將10molFeCl₂、FeCl₃和固體NaOH按照摩爾比為1：1：5混合均勻，然后在氮氣氣氛中微波加熱至溫度為200℃進行焙燒熔融70min，熔融結束后冷卻至50℃得到熔融液；

（2）取步驟（1）得到的20g熔融液，按照質量比為20：10：100依次加入十二烷基苯磺酸鈉（10g）、以紫莖澤蘭原料制備的活性炭（100g），在溫度為40℃、超聲波輔助條件下進行負載40min，負載結束后加入100ml熱蒸餾水，離心振蕩去掉上清液，過濾并將濾渣在真空干燥箱中進行干燥，得到負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭。其中超聲波功率為300W，離心振蕩器轉速為300r/min，真空干燥箱真空度為0.005MPa。

經上述步驟負載制備得到的負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭碘吸附值為2146mg/g。

上述以紫莖澤蘭原料制備的活性炭FT-IR圖如圖1所示，制備得到的負載四氧化三鐵顆粒的改性活性炭FT-IR圖如圖2所示，以紫莖澤蘭為原料制備的活性炭掃描電鏡圖如圖3所示，負載四氧化三鐵顆粒的改性活性炭掃描電鏡圖如圖4所示。從圖可以看出改性前后活性炭表面官能團有顯著差異，證明已將四氧化三鐵微粒負載在改性活性炭上。

實施例2

該負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭制備方法，包括以下具體步驟：

（1）將10molFeCl₂、FeCl₃和固體NaOH按照摩爾比為1：1：6混合均勻，然后在氮氣氣氛中微波加熱至溫度為220℃進行焙燒熔融90min，熔融結束后冷卻至50℃得到熔融液；

（2）取10g步驟（1）得到的熔融液，按照質量比為30：30：150依次加入十二烷基苯磺酸鈉、以紫莖澤蘭原料制備的活性炭，在溫度為40℃、超聲波輔助條件下進行負載50min負載結束后加入100ml熱蒸餾水，離心振蕩去掉上清液，過濾并將濾渣在真空干燥箱中進行干燥，得到負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭。其中超聲波功率為600W，離心振蕩器轉速為300r/min，真空干燥箱真空度為0.01MPa。

經上述步驟負載制備得到的負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭碘吸附值為1753mg/g。

實施例3

該負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭制備方法，包括以下具體步驟：

（1）將10molFeCl₂、FeCl₃和固體NaOH按照摩爾比為1：1：4混合均勻，然后在氮氣氣氛中微波加熱至溫度為180℃進行焙燒熔融50min，熔融結束后冷卻至50℃得到熔融液；

（2）取10g步驟（1）得到的熔融液，按照質量比為10：10：50依次加入十二烷基苯磺酸鈉、以紫莖澤蘭原料制備的活性炭，在溫度為40℃、超聲波輔助條件下進行負載30min，負載結束后加入100ml熱蒸餾水，離心振蕩去掉上清液，過濾并將濾渣在真空干燥箱中進行干燥，得到負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭。其中超聲波功率為500W，離心振蕩器轉速為300r/min，真空干燥箱真空度為0.008MPa。

經上述步驟負載制備得到的負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭碘吸附值為1146mg/g。

實施例4

該負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭制備方法，包括以下具體步驟：

（1）將10molFeCl₂、FeCl₃和固體NaOH按照摩爾比為1：1：4.5混合均勻，然后在氮氣氣氛中微波加熱至溫度為190℃進行焙燒熔融60min，熔融結束后冷卻至50℃得到熔融液；

（2）向步驟（1）得到的熔融液中按照質量比為15：10：100依次加入十二烷基苯磺酸鈉、以紫莖澤蘭原料制備的活性炭，在溫度為20℃、超聲波輔助條件下進行負載35min，負載結束后加入100ml熱蒸餾水，離心振蕩去掉上清液，過濾并將濾渣在真空干燥箱中進行干燥，得到負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭。其中超聲波功率為400W，離心振蕩器轉速為300r/min，真空干燥箱真空度為0.006MPa。

經上述步驟負載制備得到的負載四氧化三鐵微粒的改性活性炭碘吸附值為1473mg/g。

以上結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。