一種雙金屬復合生物炭材料的制備方法與應用技術

本發明專利技術公開了一種雙金屬復合生物炭材料的制備方法與應用，屬于環境污染修復技術領域。制備方法為：將鐵鹽、銅鹽溶于去離子水中，加入氨水混合均勻，再加入生物質原料浸泡，在室溫條件下磁力攪拌，獲得固體混合物；將所得固體混合物用研缽研磨至均勻粉末，將粉末放入不銹鋼水熱反應釜中反應，形成水熱固體產物，沖洗、過濾、干燥，即得雙金屬復合生物炭材料。本發明專利技術通過一步水熱法所制備的雙金屬復合生物炭材料可與鹵代有機污染物直接發生脫鹵和降解反應，無需投加其他藥劑，制備方法簡單，材料成本低廉，可用于廢水和污染土壤中鹵代污染物的有效修復，具有廣闊的應用前景。具有廣闊的應用前景。具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種雙金屬復合生物炭材料的制備方法與應用


[0001]本專利技術涉及一種鹵代有機污染物降解的雙金屬復合生物炭材料的制備方法及其應用，屬于環境有機污染修復


技術介紹

[0002]長久以來，由于農藥、染料、多氯聯苯和抗生素等鹵代有機物的大量生產及其在工業和農業中的廣泛使用，導致這些化學品在自然環境中的普遍殘留和頻繁檢出，對生態環境和人體健康造成了潛在危害影響，已引起廣泛關注。
[0003]目前針對鹵代有機污染物的降解和去除技術已有較多報道，如零價鐵材料還原、高級氧化、熱處理、吸附、微生物技術等。其中，高級氧化、熱處理和吸附技術具有普適性好、工藝成熟等優點，但是采用高級氧化技術進行鹵代有機污染物的脫鹵反應通常需在較為極端的條件下才可進行；熱處理技術則需消耗大量能源；而吸附技術僅實現污染物的轉移，且需更新或更換吸附劑，成本高，易產生二次污染。相比之下，微生物技術是一種環境友好且低成本的處理技術，但在應用過程中往往會受到環境因素復雜、微生物競爭、修復時間長等因素的限制影響，無法滿足當前環境修復時效性的要求。
[0004]零價鐵是一種性能優異的還原材料，簡單易得，在鹵代有機污染物降解領域已受到廣泛關注和深入研究。此外，零價鐵在水中會發生腐蝕反應，所形成的腐蝕產物鐵氧化物具有良好的吸附性能，且溶出的鐵離子具有絮凝效果，因此對鹵代有機污染物具有多重有益效果。然而，盡管已有較多研究表明零價鐵對氯代有機物的脫氯效果較好，但對氟代、溴代和碘代等有機物的脫鹵降解效果均差強人意，尤其氟代有機物，由于碳氟鍵是有機化學中已知的最強化學鍵，難以被極化，所以氟原子很難以陰離子或自由基的形式被脫除。因此，研發脫鹵效果好、適用范圍廣、成本價格低的修復材料及相關修復技術，是實現環境介質中鹵代有機污染物快速高效修復的關鍵。

技術實現思路

[0005]本專利技術所要解決的技術問題是：提供一種能提高單獨零價鐵技術脫鹵效能的雙金屬復合生物炭材料的制備方法。
[0006]為了解決上述問題，本專利技術提供的技術方案如下：
[0007]一種雙金屬復合生物炭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008]步驟1)：將鐵鹽、銅鹽溶于去離子水中，加入氨水混合均勻，再加入生物質原料浸泡，在室溫條件下磁力攪拌，獲得固體混合物。
[0009]步驟2)：將步驟1)所得固體混合物用研缽研磨至均勻粉末，將粉末放入不銹鋼水熱反應釜中反應，形成水熱固體產物，沖洗、過濾、干燥，即得雙金屬復合生物炭材料。
[0010]優選地，所述步驟1)中的鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、檸檬酸鐵中的至少一種，銅鹽為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、檸檬酸銅中的至少一種。
[0011]優選地，所述步驟1)中鐵鹽中鐵元素與生物質原料的質量比為(0.1～0.5):1，銅
鹽中銅元素與鐵鹽中鐵元素的原子摩爾比為(0.2～1):1，氨水中氮元素與鐵鹽中鐵元素的原子摩爾比為(1～3):1。
[0012]優選地，所述步驟1)中的生物質原料為纖維素或木質素。
[0013]優選地，所述步驟1)中磁力攪拌的速率為400～800r/min。
[0014]優選地，所述步驟2)中不銹鋼水熱反應釜的溫度為240～300℃，升溫速率為5～15℃/min，反應時間為4～8h。
[0015]優選地，所述步驟2)中，沖洗采用100％乙醇和超純水，沖洗方式為交替沖洗3～5次。
[0016]本專利技術還提供了上述雙金屬復合生物炭材料的制備方法在廢水和污染土壤中鹵代有機污染物修復中的應用。
[0017]本專利技術以氮摻雜生物炭為載體，通過水熱反應形成零價鐵和零價銅雙金屬復合材料，具有較優異的脫鹵性能和有機污染物降解能力，材料制備方法簡單、反應過程溫和、制備成本低廉。在水熱過程中，高價態鐵、銅離子在生物炭上被還原形成零價鐵和零價銅，氮元素則轉化為吡咯氮和吡啶氮嵌入石墨化生物炭材料中，由于氮與鐵/銅金屬之間可形成穩定的共價鍵，從而使得零價鐵和零價銅可與生物炭牢固結合，且零價金屬分散均勻，穩定性好。零價鐵和零價銅之間電位差較高，具有優越的界面電子遷移能力，可有效地對鹵代有機污染物進行還原脫鹵，并通過協同效應引發類芬頓反應，生成具有強氧化性的活性氧物質，實現對鹵代有機污染物的進一步分解和礦化。
[0018]相比現有技術，本專利技術具有如下有益效果：
[0019](1)本專利技術所提供的雙金屬復合生物炭材料相比單獨零價鐵具有更優異的脫鹵性能，且對氟代有機污染物同樣具有良好的脫氟效果，為環境介質中鹵代有機污染物的有效修復提供了一種新思路和新方法。
[0020](2)本專利技術所提供的雙金屬復合生物炭材料在修復過程中還會引發類芬頓反應，產生大量強氧化性的活性氧物質，可有效地促進脫鹵副產物的進一步降解并礦化。
[0021](3)相比常規基于鐵基材料的高級氧化技術需要外加化學藥劑的不足，本專利技術技術應用時無需添加其他化學藥劑，且復合生物炭材料中零價鐵和零價銅所形成的微電池效應可促進界面電子轉移，提高反應活性，強化對鹵代有機污染物的脫鹵效果。
[0022](4)本專利技術所提供的雙金屬復合生物炭材料采用一步水熱法合成，同步完成生物質碳化和高價態鐵/銅原料還原生成零價單質過程，有效地避免了傳統還原法易發生零價金屬團聚的問題，促進鹵代有機污染物的降解效果。
附圖說明
[0023]圖1為本專利技術提供的雙金屬復合生物炭材料的制備方法的流程圖；
[0024]圖2為實施例1中氟苯尼考抗生素的去除效果及脫氟和脫氯效果的數據圖；
[0025]圖3為實施例2中對氯苯酚的去除效果的數據圖；
[0026]圖4為實施例2中對氯苯酚的脫氯效果的數據圖。
具體實施方式
[0027]為使本專利技術更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0028]實施例1
[0029]將6.5g FeCl3·
6H2O和1.5g CuCl2·
2H2O溶于40mL去離子水中，加入5mL氨水混合均勻，然后加入7.5g微晶纖維素，在室溫條件下磁力攪拌，轉速為450r/min，攪拌至基本干燥后靜置24h，獲得固體混合物。隨后，使用瑪瑙研缽將得到的固體混合物研磨成均勻粉末，然后放入不銹鋼水熱反應釜中，以10℃/min升溫速率升至240℃并維持4h，反應結束后自然冷卻，將得到的水熱固體產物采用100％乙醇和超純水交替沖洗3次，去除表面殘留的無機物和附著的焦油狀有機副產物，然后過濾并冷凍干燥，即得雙金屬復合生物炭材料。
[0030]為考察本專利技術的雙金屬復合生物炭材料對鹵代有機污染物的脫鹵性能，以含有氯原子和氟原子的氟苯尼考抗生素為目標對象，將上述合成的雙金屬復合生物炭材料加入40mL濃度為100mg/L的氟苯尼考溶液中，雙金屬復合生物炭材料投加濃度為1g/L，氟苯尼考去除率隨反應時間的變化情況如圖2所示。可以看出，在中性條件下反應24h后，氟苯尼考去除率可達95.1％，但脫氟率和脫氯率還相對較低，但當反應15天后本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種雙金屬復合生物炭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1)：將鐵鹽、銅鹽溶于去離子水中，加入氨水混合均勻，再加入生物質原料浸泡，在室溫條件下磁力攪拌，獲得固體混合物。步驟2)：將步驟1)所得固體混合物用研缽研磨至均勻粉末，將粉末放入不銹鋼水熱反應釜中反應，形成水熱固體產物，沖洗、過濾、干燥，即得雙金屬復合生物炭材料。2.如權利要求1所述的雙金屬復合生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中的鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、檸檬酸鐵中的至少一種，銅鹽為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、檸檬酸銅中的至少一種。3.如權利要求1所述的雙金屬復合生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中鐵鹽中鐵元素與生物質原料的質量比為(0.1～0.5):1，銅鹽中銅元素與鐵鹽中鐵元素的原子摩爾比為(0.2～1):1，氨水中氮元素與鐵...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高品，唐正，孔一繁，秦艷，宋海天，陳諾，
申請(專利權)人：東華大學，
類型：發明
國別省市：