[發明專利]一種磁性生物炭載納米鐵的制備方法

有效

• 申請號: 201710485749.3
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107199013B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 王向華;王新宇;吳海鎖;李冰;吳劍;謝祥峰;鄧林;謝飛;黃潔慧
• 申請（專利權）人: 江蘇環保產業技術研究院股份公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于材料領域，具體涉及一種磁性生物炭載納米鐵的制備方法。

背景技術

六價鉻是一種有毒的重金屬，含六價鉻的廢水主要來源于電鍍、冶金、采礦、印染等工業。相對于三價鉻來說，六價鉻毒性極大，是三價鉻的100多倍，且很容易被人體吸收，可以通過消化道、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體并能夠在人體內聚集積累，當水中含有過量的六價鉻時，對水生生物有較強的致死作用，我國已經將六價鉻列為優先污染物名單之中。對于含有六價鉻廢水的處理方法，主要包括化學還原法，電化學法，吸附法、離子交換法等，在工業上化學還原法和吸附法是處理含鉻廢水較為常用的方法，將六價鉻還原成三價鉻，再通過投加沉淀劑或絮凝劑等處理，將重金屬沉淀下來，以去除水體中的鉻離子。但是，這種方法容易產生大量的污泥，而這些污泥后期的處理與處置也是一個需要解決的問題。

近些年來，零價納米鐵作為還原劑，去除水體中的六價鉻受到了國內外廣泛的研究。零價納米鐵具有粒徑小、比表面積大、表面活性高、還原能力強等優點，但是，零價納米鐵由于具有較強的活性，很容易在空氣中與氧氣發生反應而失活，并且由于具有巨大的比表面積，容易在水體中發生團聚而失活。為解決零價納米鐵去除六價鉻時存在的以上問題，以生物炭為載體的零價納米鐵-生物炭復合材料逐漸受到人們的關注。以生物炭作為載體，可以提高金屬納米顆粒的分散度，減少金屬納米顆粒的團聚，保持金屬納米顆粒的活性。另外，結合磁分離技術而制備的磁性零價納米鐵-生物炭復合材料在外加磁場的作用下可以實現生物吸附劑的快速分離，提高污水處置效率，是一種新型的吸附材料。由于磁性材料的特性，在其還原，吸附重金屬后，能夠通過磁分離技術，將重金屬與水體進行徹底的分離，并且磁性材料還可以進行循環利用，減少成本。

磁分離技術在水處理中的應用越來越重要，但是當前，還存在著一些問題，比如，很多磁性材料具有較強的飽和磁化強度，但是，同時其剩磁或是矯頑力也較大，水體經過磁場處理后，即使不存在外加磁場，由于材料之間存在磁吸引力，使得材料之間易于團聚，比表面積減少，影響材料本身活性。有些飽和磁化強度小的材料，其剩磁也很小，接近超順磁狀態，在沒有外加磁場的情況下，不會具有磁性或磁性較小，與材料之間的范德華力相比，其大小可以忽略，材料能夠穩定的分散在水體中，保持其反應活性，所以在不同的水環境中，應該根據具體的情況，采用合適的磁性材料進行處理。

專利CN106362690公開了一種磁性生物炭吸附材料及其制備方法，通過制備生物炭、制備三價鐵前驅液、溶劑熱反應得到磁性生物炭吸附材料。專利CN105664854公開了一種生物炭負載納米鐵鎳雙金屬材料的制備方法。目前，現有技術還未公開能夠調控材料磁性強弱的磁性生物炭吸附材料的制備方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種磁性生物炭載納米鐵的制備方法，該方法能夠實現磁性的可控，能夠通過控制茶多酚溶液的摩爾濃度，制備出不同磁性的磁性生物炭載納米鐵，以便適用于不同的廢水處理環境；制備得到的磁性生物炭載納米鐵材料能夠通過表面豐富的羥基、羧基官能團，與重金屬離子發生絡合作用，將重金屬離子絡合在材料的表面。該磁性生物炭載納米鐵材料在空氣中穩定性高，在處理重金屬水體時，不會發生團聚現象，具有較強的反應活性，并且可以通過磁分離技術，將水體中的重金屬徹底除去。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種磁性生物炭載納米鐵的制備方法，包括：(1)改性生物炭；(2)超聲浸漬法負載鐵鹽；(3)包覆茶多酚；(4)液相還原法制備生物炭載納米鐵；(5)磁選法分理出磁性生物炭載納米鐵；其中，通過控制步驟(3)中茶多酚溶液的摩爾濃度達到控制所制備得到的磁性生物炭載納米鐵的飽和磁化強度的目的。

該方法具體包括以下步驟：

(1)生物炭的改性：取生物炭，加入濃硝酸，浸泡過濾，并用水沖洗至pH不再變化，干燥，得到硝酸改性的生物炭；

(2)鐵鹽的負載：配制水溶性三價鐵鹽溶液，加入步驟(1)制備得到的改性的生物炭，超聲浸漬，抽濾，烘干，然后稱取烘干后的樣品，在惰性氣氛或氮氣氣氛下升溫至200～250℃，煅燒，得到理論負載鐵量為28％～32％的負載鐵鹽的生物炭，其中理論負載鐵量的計算公式為(鐵離子的質量/改性生物炭的質量)×100％；

(3)配制0.002～0.008mol/L茶多酚溶液，通入惰性氣體或氮氣除氧，加入步驟(2)制備得到的負載鐵鹽的生物炭，加入的負載鐵鹽生物炭的質量與茶多酚溶液的體積之比為1：40～1：50g/mL，在惰性氣體或氮氣氛圍下，攪拌；