[發明專利]一種磁性多孔炭材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110301956.5
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113070029B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 方利平;李芳柏;朱振龍;劉凱
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院生態環境與土壤研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/32;C02F1/28;B09C1/00;C02F101/20;C02F101/10
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種磁性多孔炭材料及其制備方法和應用，所述磁性多孔炭材料包括多孔炭和納米零價鐵，所述多孔炭的直徑為6～10mm，所述納米零價鐵負載于所述多孔炭中。本發明通過采用毫米級的多孔炭對活性物質納米零價鐵進行負載，能夠有效減少多孔炭受土壤顆粒或膠體顆粒的干擾，有效地提高對重金屬的吸附固定作用，并延長材料的壽命；同時毫米級的多孔炭容易回收，可以實現對重金屬從污染水體或土壤中的提取分離，降低水體或土壤中的重金屬含量，并實現材料的回收利用。

技術領域

本發明涉及環境修復技術領域，尤其涉及一種磁性多孔炭材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著工業化與城市化的快速發展，生態環境體系受人類活動的影響程度逐漸增大，尤其是稀有金屬開采和冶煉，不合格農藥使用等人類生產活動導致大量含有重金屬的污染物進入土壤，其中鎘(Cd)污染最為嚴重。Cd是一種有毒性致癌重金屬，Cd污染具有生物蓄積和高持久性的特點，對農作物的生長，產量和品質都有較大影響。膳食研究表明，大米是鎘攝入的主要途徑。一旦含有鎘的灌溉水進入稻田，就會污染稻田土壤，導致土壤鎘含量超標，同時很容易被水稻吸收轉運到籽粒，通過食物鏈進行傳遞，嚴重威脅糧食安全和危害人類身體健康。因此，如何高效吸附固定土壤和水體Cd成為當前土壤和水污染修復中的一個亟待解決的重大環境問題。

目前，已有多種修復方法應用于土壤和水鎘污染修復，例如物理，化學和生物方法。吸附材料因其能有效吸附固定水體和土壤中的重金屬且操作簡單而被廣泛應用。不過相關技術公開的吸附材料存在吸附能力有限、壽命短等現象，需要進一步改進。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種磁性多孔炭材料，能高效吸附固定重金屬，抗干擾能力強，具有優良的長效性。

同時，本發明還提供所述磁性多孔炭材料的制備方法和應用。

具體地，本發明采取的技術方案如下：

本發明的第一方面是提供一種磁性多孔炭材料，所述磁性多孔炭材料包括多孔炭和納米零價鐵，所述多孔炭的直徑為6～10mm，所述納米零價鐵負載于所述多孔炭中。

根據本發明第一方面的磁性多孔炭材料，至少包括如下有益效果：

多孔炭具有豐富的表面官能團、較大的比表面積和孔隙率，對重金屬具有一定的吸附效果，但發明人發現，相關技術采用的多孔炭主要為粉末，這種形態的多孔炭容易受土壤顆粒或膠體顆粒或其他多種干擾物的影響，吸附能力有限；而且相關技術采用多孔炭進行重金屬修復只能對重金屬進行原位鈍化，而無法實現對土壤中重金屬的提取。納米零價鐵因其粒徑小，表面積大，活性強，在反應過程中產生的鐵氧化物能夠高效吸附固定重金屬，但納米零價鐵存在表面容易氧化和團聚的問題，導致其反應活性大大降低，限制了其保存和使用壽命。

本發明通過采用毫米級的多孔炭對活性物質納米零價鐵進行負載，能夠有效減少多孔炭受土壤顆粒或膠體顆粒的干擾，有效地提高對重金屬的吸附固定作用，并延長材料的壽命；同時毫米級的多孔炭容易回收，可以實現對重金屬從污染水體或土壤中的提取分離，降低水體或土壤中的重金屬含量，并實現材料的回收利用。

在本發明的一些實施方式中，所述多孔炭的形狀包括球形、正方體、長方體、圓柱、圓錐、不規則立方體中的任意一種或多種，優選球形。

在本發明的一些實施方式中，所述多孔炭為生物多孔炭。

在本發明的一些實施方式中，所述納米零價鐵的粒徑為40～55nm。

在本發明的一些實施方式中，所述磁性多孔炭材料還含有碳化鐵(Fe₃C)，所述碳化鐵負載于所述多孔炭中。

在本發明的一些實施方式中，所述零價鐵和碳化鐵在磁性多孔炭材料中的總含量為5％～15％，優選5％～12％，更優選約8％。