[發明專利]一種深度去除水中重金屬的納米氧化鐵-生物炭復合體、制備方法及其使用方法

在審

• 申請號: 201810313910.3
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108339520A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 萬順利;錢麗萍;馬明海;徐圣友;丁偉;王亞蘭
• 申請（專利權）人: 黃山學院
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/06;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明涉及一種納米氧化鐵?生物炭復合體以及該復合體的制備方法，制備方法包括以下步驟：S01選用酸溶液對生物炭進行酸化處理；S02使Fe(III)溶液緩慢流過填裝有生物炭的吸附柱，使生物炭表面酸性基團與鐵鹽充分發生靜電吸附作用，所述生物炭為S01中經酸化處理后的生物炭；S03將與鐵鹽發生靜電吸附的生物炭從吸附柱內倒出并烘干后，加入到NaOH和NaCl的混合溶液中；S04過濾并用HCl溶液和去離子水反復沖洗，沖洗后烘干制得。本發明制備的納米氧化鐵?生物炭復合體可實現各類水體中重金屬的高效、定向、快速清除。

技術領域

本發明涉及一種深度去除水中重金屬的復合體，尤其涉及一種深度去除水中重金屬的納米氧化鐵-生物炭復合體、制備方法及其使用方法。

背景技術

當前，重金屬污染對于我國以及全世界的發展都造成了顯著的影響。相較其他污染，重金屬污染有著“毒性高、蓄積性強、清除難”的特性，即使低濃度的重金屬都會對生物體或生態系統造成不可逆轉的損害。鑒于此，世界各國政府或組織都高度重視重金屬污染的治理，特別是它的深度凈化。如中國早在10年前就分別對生活飲用水和工業排放水中典型重金屬的控制值（Pb、Cd、Cu等）進行了提標，而美國更是率先提出飲用水中Pb、As“零殘留”的目標。日益嚴苛甚至于 “趨零排放”的水質標準對重金屬污染控制技術，特別是深度凈化技術的開發提出了迫切需求。

常規的重金屬治理技術主要有化學沉淀法、混凝法、離子交換法、膜分離法

以及吸附法等。常規方法中，吸附法因其操作簡便、效果好、過程清潔且易再生等優勢而被公認是最有前景的重金屬治理技術之一，且極其適合于各類水體中微量重金屬的深度去除。吸附法深度凈化重金屬的技術基礎是在組分復雜的水與廢水體系中實現目標重金屬的選擇性捕集，而該過程必須以專屬的靶向型吸附劑作為保障。一直以來，無機納米顆粒因自身較大的比表面積和豐富的活性位點，以及與重金屬之間的特異性作用力，而被廣泛應用于各類廢水中目標重金屬的定向去除，典型有Mn(VI)氧化物、Fe(III)氧化物、Al(III)氧化物、Zr(IV)氧化物等金屬氧化物。其中氧化鐵納米顆粒表面富含多羥基配體結構，具有高密度的重金屬特異性高能吸附位點（如α~FeOOH, 5.6 x 10¹³作用點/cm²），且相比于其他金屬氧化物，其更加環境友好、廉價，并可通過調節溶液pH 的方式改變氧化鐵表面荷電特性，以實現吸附質的有效解吸。早期研究表明，氧化鐵納米顆粒主要是通過其表面固有的Fe-OH與目標金屬離子形成特異的單齒、雙齒內球絡合作用以實現重金屬的選擇性去除。但與其他無機納米顆粒類似，氧化鐵也是一種極細的粉狀物質，在工程化應用中存在兩個關鍵性技術難題：（1）直接應用于柱吸附系統或其他流態系統時會產生高柱壓，流體阻力大，且固液分離十分困難；（2）納米顆粒表面能極高，易于團聚失活，從而導致工作吸附容量顯著降低。

為了克服實際工程化應用的技術難題，很多研究將無機納米顆粒采用原位沉積技術固載于多孔大顆粒載體（如石英砂、沸石、沙子以及顆粒態活性炭等）表 面，借助大顆粒載體的良好沉降、孔貫通和易分離特性來提升它們的實際應用潛力。固定化技術不僅提升了納米金屬氧化物的固液分離特性，而且使其易于在高流態固定床或流化床中實際應用。但美中不足的是，擔載至多孔大顆粒載體表面的金屬氧化物納米顆粒因缺乏束縛，仍然無法突破高能團聚、工作吸附容量下降的窘境，而且負載顆粒產生的孔道堵塞效應阻礙了目標金屬在吸附劑孔道內的傳質過程，從而明顯減緩吸附反應進程。

發明內容

本發明為了解決現有大顆粒載體表面的金屬氧化物納米顆粒缺乏束縛，無法突破高能團聚、孔道易堵塞的問題，提供了一種能高效、定向、快速去除水中重金屬的納米氧化鐵-生物炭復合體，該復合體粒徑為0.1~1.0 mm，比表面積為50~450 m²/g，水合氧化鐵的負載量以鐵計為10~200 mg/g，本發明中的復合體不僅可實現各類重金屬廢水的深度凈化，而且有助于推動各類農業廢棄物的資源化應用。