[發明專利]一種多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011256873.0
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112387249B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 韓劍宏;張連科;王維大;孫鵬;李玉梅;焦坤靈
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/34;C02F1/28;C02F1/48;C02F101/20
• 代理公司: 北京興智翔達知識產權代理有限公司 11768
• 代理人: 郭衛芹

本發明總體地涉及環境功能材料和水處理技術領域，提供了一種多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料，它以多孔生物炭為基體，表面負載磁性鐵酸鋅粒子，磁性鐵酸鋅粒子的粒徑為50?400nm；多孔生物炭與鐵酸鋅納米顆粒的質量比為(1:1)?(1:2)；多孔生物炭的比表面積為1000?1200m²·g^?1、孔容為0.40?0.50cm³·g^?1、孔徑為3.00?3.50nm。本發明農作物秸稈為原料制備多孔生物炭，以ZnCl₂分析純和FeCl₃·6H₂O分析純制備鐵酸鋅，并在與多孔生物炭復合過程中使用氨三乙酸進行改性，所得多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料可用于水中重金屬吸附，鐵酸鋅強化吸附效果的同時，并可通過磁選回收吸附材料以重復利用。

技術領域

本發明總體地涉及環境功能材料和水處理技術領域，尤其涉及一種多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

由于我國工業和商業的發展十分迅速，生活水平也逐漸提高，從而導致工業、商業和生活污水的排量逐年上升，帶來的重金屬污染也日益嚴重，其中機械制造、鋼鐵生產、紡織廠、食品廠等工業生產的污染排放均是造成水體重金屬污染的主要來源。重金屬易富集、難降解且毒性強，嚴重危害了人類的健康以及動植物的生長與發育，生態系統的結構和功能也因此受到極大的影響。因此，發展經濟有效的重金屬廢水處理技術十分緊迫。

目前，含重金屬離子廢水的主要處理方法有化學沉淀法、離子交換法、吸附法、液液萃取法等，其中，吸附法由于易操作且成本低成為一種優良的方法。因此，選擇一種實用且價格低廉的吸附劑是關鍵的一步。

生物炭是以各種富碳生物質或廢物為原料通過在厭氧和中溫條件下進行熱解而獲得的一種低成本的環境友好型吸附劑，它可用于吸附去除溶液中各種有機和無機污染物，為了提高生物炭的表面積以吸附污染物，在進行熱解之前通過將生物炭前驅體和活化劑(如，NaOH，KOH，ZnCl₂，H₃PO₄，KHCO₃等)混合制備多孔生物炭。

近年來，在吸附劑中引入了磁選技術。利用各種磁性粒子實現了生物炭材料的磁性分離。而尖晶石型鐵氧體MFe₂O₄(M是一種二價金屬陽離子，如Mn²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺)是一種磁性材料，它們已被廣泛應用于水處理中。

在鐵氧體中，鐵酸鋅是一種具有較大飽和磁化強度、優異的化學穩定性、大量官能團及機械硬度的磁性材料，它在磁選技術的高效回收中表現出優異的吸附性能。但大多數鐵酸鋅復合材料的制備只加入鐵源和鋅源，并未對制備過程優化。

發明內容

本發明針對現有技術中的問題，提供一種多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料及其制備方法和應用，本發明的多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料以多孔生物炭為基體，表面負載有磁性鐵酸鋅離子，兼具多孔吸附性和磁性，在實現生物炭多孔吸附同時，被賦予的磁性使吸附后的生物炭被磁選回收，其制備方法低成本、高效，所得多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料可持續的用于吸附處理水溶液中重金屬離子，本發明方案以吸附水溶液中放射性釷為例。

本發明的技術方案是，一種多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料，所述復合材料以多孔生物炭為基體，基體表面負載磁性鐵酸鋅粒子，磁性鐵酸鋅粒子的粒徑為50-400nm；多孔生物炭與鐵酸鋅納米顆粒的質量比為(1:1)-(1:2)；多孔炭的比表面積為1000-1200m²·g^-1、孔容為0.40-0.50cm³·g^-1、孔徑為3.00-3.50nm。

本發明還提供了上述多孔生物炭/鐵酸鋅復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、多孔生物炭的制備；