[發明專利]一種負載型生物炭催化材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710481597.X
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107262096A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 張晉華;趙艷
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C02F1/72;C02F101/38;C02F101/34
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 劉海霞

技術領域

本發明屬于廢水處理和環境催化技術領域，涉及一種負載型生物炭催化材料的制備方法。

背景技術

硝基苯是地下水中常見的污染物，也是醫藥、炸藥、印染等行業的主要原材料，一旦管理不當造成泄露或違規排放都會對水體造成極大的污染。硝基苯不僅對水生生態系統有毒害作用，還可通過呼吸道或皮膚吸收使人體的神經系統和血液系統病變。目前硝基苯的治理方法主要有物理吸附法、微電解法、單質金屬還原法、超聲波技術、生物法和Fenton氧化法等。綜合簡單方便、經濟高效等方面，Fenton氧化法是最為經濟便捷且目前使用最為廣泛的治理方法。

將生物炭負載鐵氧化物制成的催化材料用于異相Fenton降解可以有效去除廢水中的硝基苯。生物炭是生物質在限氧或絕氧條件下經高溫裂解的產物。生物質在高溫裂解的過程中會形成很多孔，因此生物炭具有很大的比表面積，能夠吸附大量污染物，同時也為負載物提供了許多位點。生物炭有極高的碳含量，具有很強的穩定性，不易被礦化，適合作為載體長期使用。

現有的載鐵生物炭處理有機廢水技術均有不足。武守陽等(武守陽.一種用于印染污水處理的磁性顆粒的制備方法:,CN 104307480 A[P].2015.)以花生殼為原材料，經H₃PO₄、H₂SO₄的混合液浸漬后再炭化、活化制得生物炭，之后又以FeCl₂、FeCl₃、氨水為原料制得磁性顆粒后，加入到含有活性炭的液體中，超聲制得負載鐵氧化物的活性炭，并應用于印染廢水的治理中，該方法過程繁瑣，方法復雜，對條件要求較高，且通過超聲負載的鐵氧化物粒子與生物炭的結合不夠牢固，容易脫落，材料性能不穩定。周林成等(周林成,馬俊俊,張荷,等.一種降解有機染料的生物質磁性炭材料:,CN103480331A[P].2014.)以花生殼為原料，浸漬到草酸鐵銨和硝酸銅的混合液中，再經高溫炭化制得磁性材料，但是這種材料在應用于印染廢水的異相Fenton處理中時，對廢水的治理效果不夠好，處理40mg/L的亞甲基藍廢水需10h才能達到全部降解，難以滿足實際生產需要。陳寶梁等(陳寶梁,陳再明.一種磁性生物碳吸附材料的制備方法及其用途:,CN101642699[P].2010.)將生物質與鐵鹽溶液混合，要求Fe²⁺和Fe³⁺的摩爾比為1:2～2:1，使用NaOH溶液調節pH到9～10，在氮氣保護下在100～700℃下進行炭化，但是該材料制備成本較高，且只用于吸附水中的有機染料，材料的孔徑單一，不能夠充分發揮磁性材料的作用。專利申請201510177420.1將商業活性炭浸漬于已配好的FeCl₃的酸溶液中，后經老化、干燥制得載鐵活性炭，將其應用于甲苯的吸附中，該方法原材料價格昂貴，成本過高，且吸附后難以再生，對甲苯的最大吸附量僅為226.32mg/g，效果并不理想。

發明內容

本發明的目的是提供一種負載型生物炭催化材料的制備方法，該方法制得的負載型生物炭催化材料對硝基苯廢水降解效果好、對硝基苯的去除率高且可重復利用。

實現本發明目的的技術解決方案是：

一種負載型生物炭催化材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，將生物質破碎，過篩，將破碎后的生物質于400～600℃炭化0.5～4h，炭化結束后，依次用NaOH溶液、H₂SO₄溶液和乙醇溶液清洗，過濾，烘干得到生物炭(BC)；

步驟2，按Fe²⁺與Fe³⁺的摩爾比為1:2，Fe與BC的質量比不小于0.4:1，將干燥的生物炭浸漬在FeSO₄和FeCl₃的混合溶液中，邊攪拌邊升溫至60～65℃，隨后繼續攪拌冷卻至30～40℃，在懸浮液中加入尿素，于80～90℃攪拌1～2h，靜置過夜，過濾，依次用水和乙醇清洗，烘干，研磨，過篩，得到負載型生物炭催化材料。

步驟1中，所述的NaOH溶液的濃度為2.5mol/L，所述的H₂SO₄的濃度為1mol/L，乙醇溶液的體積濃度為95％，清洗時間為2h。

步驟2中，所述的混合溶液中，FeSO₄的濃度為0.06～0.15mol/L，FeCl₃的濃度為0.12～0.30mol/L，所述的尿素與Fe的摩爾比不小于10:1。