[發明專利]一種水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料及制備與應用

在審

• 申請號: 201910360067.9
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110015742A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 王振興;葉田田;陳志良;張建強;劉立;劉麗紅
• 申請（專利權）人: 生態環境部華南環境科學研究所
• 主分類號: C02F1/70
• 分類號: C02F1/70;C02F101/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于環境功能材料領域，公開了一種水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料及制備與應用。將水葫蘆經洗凈干燥后切碎，在惰性氣氛及300～600℃溫度下炭化處理，研磨過篩后置于酸溶液中浸泡處理，水洗至中性后烘干，得到水葫蘆生物炭；將含鐵化合物溶于水，然后加入無水乙醇，再加入水葫蘆生物炭攪拌混合均勻，滴加還原劑溶液攪拌反應，滴加完畢后陳化反應，分離去除上層液體，所得沉淀經洗滌干燥，得到水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料。本發明的制備方法簡便易操作，原料易得，制備得到的水葫蘆生物炭負載納米鐵分散均勻，有效解決了水葫蘆污染與納米顆粒易團聚鈍化等問題，提高了材料對重金屬污染物銻的去除效果。

技術領域

本發明屬于環境功能材料領域，具體涉及一種水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料及制備與應用。

背景技術

銻為高危害有毒物質和可致癌物質，被歐盟和美國環境保護署列為優先控制的污染物。目前，全球銻使用量的日益增加導其進入環境并污染致飲用水源，嚴重威脅人體健康和生態環境的安全。

目前，科學家們已經通過合成和改性得到零價鐵來解決水污染問題。零價鐵作為一種綠色、經濟的環境修復技術，在有機及重金屬污染的土壤/地下水治理中備受青睞。事實證明零價鐵還原重金屬污染物不僅去除效率高，而且工藝簡單，操作費用低，實用性強。

納米零價鐵與零價鐵相比，克服了其顆粒粒徑大，可供有效反應的活性位點少的缺點，提高了顆粒的比表面積和吸附活性。研究發現，將納米零價鐵攜載在蒙脫石、膨潤土和活性炭等載體上，不僅可以保持納米零價鐵強還原性的特點，而且能夠增強其穩定性，更加適用于工程應用。相比上述載體材料，生物炭不僅擁有良好的孔隙結構和較大的比表面積，易于納米零價鐵的均勻分散，而且原料易于獲得、成本價格低廉、吸附性能優越，屬于環境友好型材料。因此，利用生物炭攜載納米零價鐵理應具有較好的工程應用前景。但利用生物炭攜納米零價鐵去除重金屬的研究卻鮮見報導。并且，目前未見有研究生物炭攜納米零價鐵去除水中銻的報導。

水葫蘆是多年生漂浮性草本植物，其耐肥、抗病能力均很強，是世界上生長、繁殖最快的水生植物之一。其搶占水面，排擠本地植物，堵塞水上交通，影響魚蝦生長，腐敗后惡化水質，滋生蚊蠅，危害人類健康，對環境有著較強的負面效應。因此，水葫蘆的治理是一項艱巨的任務。但是，如果能將水葫蘆變廢為寶，實現資源化利用，則不但可以解決其導致的環境問題，而且可以發掘其蘊藏著的巨大的生物質資源。如果能夠有效利用水葫蘆(特別是其球狀莖，即其“葫蘆”部分)含有的大量優質多孔纖維，制造生成性能優良的生物碳，則可為大規模實現水葫蘆的資源化利用提供新的途徑。水葫蘆的資源化利用并制備處理含重金屬銻廢水的高效環保新材料意義重大。并且，由于水葫蘆制備的生物炭表面含有豐富的酸性含氧官能團和較高的陽離子交換容量，便其在水體重金屬污染治理方面表現出巨大的應用潛力。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料的制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料。

本發明的再一目的在于提供上述水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料在含銻廢水處理中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)將新鮮水葫蘆經洗凈干燥后切碎，在惰性氣氛及300～600℃溫度下炭化處理1～4h，冷卻后取出，研磨過篩，然后置于酸溶液中浸泡處理，水洗至中性后烘干，得到水葫蘆生物炭；

(2)將含鐵化合物溶于去離子水，然后加入無水乙醇作為分散劑，向所得混合溶液中加入步驟(1)的水葫蘆生物炭，攪拌混合均勻，然后滴加還原劑溶液攪拌反應，滴加完畢后陳化反應，分離去除上層液體，所得沉淀經洗滌干燥，得到水葫蘆生物炭負載納米零價鐵復合材料。