[發明專利]一種雞糞衍生生物炭負載納米零價鐵復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110306419.X
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113042000A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 方圣瓊;朱健瀧;汪凱
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 彭琴;蔡學俊

本發明公開了一種雞糞衍生生物炭負載納米零價鐵粒子及其制備方法和脫除水中Cr(Ⅵ)的應用。本發明所述雞糞衍生生物炭負載納米零價鐵粒子的新型復合材料，包括雞糞衍生生物炭(CMBC)和負載在CMBC表面及其孔道內部的納米零價鐵粒子(nZVI)。本發明采用液相還原法，以CMBC為載體，FeSO₄?7H₂O為亞鐵鹽，NaBH₄為還原劑，在氮氣保護下進行制備，所得材料有效的抑制了nZVI的易團聚性，極大的提高了nZVI的反應活性。該復合材料的制備與應用不涉及復雜的工藝流程，且原料來源廣泛，成本低廉，有利于推廣應用。

技術領域

本發明屬于環境修復材料技術領域，尤其涉及一種雞糞衍生生物炭負載納米零價鐵粒子及其制備方法和脫除水中Cr(Ⅵ)的應用。

背景技術

隨著人類社會的發展，特別是生產活動的工業化，因生產存儲或處置不當，導致鉻離子進入水體造成環境污染事件時有發生。鉻是一種有毒的重金屬，在電鍍、冶金、皮革和鉻酸鹽制造等行業均有應用。在自然環境中，鉻主要以Cr(Ⅲ) 和 Cr(Ⅵ)兩種形式存在，其中Cr(Ⅲ)在天然水中易以穩定的絡合物形式存在，而Cr(Ⅵ)具有較高毒性，可溶于水體，難以沉淀，易遷移，常以含氧陰離子的形式（CrO₄^2-、HCrO^4-和Cr₂O₇^2-）存在。因其具有致癌性，環境持久性和生物累積性，如果通過食物鏈最終進入人體會對人類的身體健康造成潛在的威脅。與Cr(Ⅵ)相比，Cr(Ⅲ)的毒性對環境影響較小，把Cr(VI)轉化為Cr(III)離子是眾多學者研究降低鉻污染風險的有效途徑之一。因此，去除水中Cr(Ⅵ)非常有必要。

目前，各種技術已經應用在修復受Cr(VI)污染的環境上，其中包括納濾膜法、化學沉淀法、離子交換法、吸附法、還原法、電滲析法和光催化法。納米零價鐵(nZVI)因其具有較強的還原性，對鉻污染水體反應時效快，效果好，適用性廣，短時間內能實現修復目標，而成為了廣大科研學者關注的焦點之一。

nZVI是指具有納米級粒徑的零價鐵粒子，具有較強的還原性及反應活性，可以通過吸附金屬離子并與之發生氧化還原反應，使得污染物的毒性得以降低；但未改性的nZVI易團聚和易被氧化，導致其反應活性降低，因此為了提高nZVI的穩定性和活性，對其改性是非常有必要的。目前nZVI改性的技術主要有納米雙金屬、表面包覆、乳化nZVI和固體負載，其中固體負載因負載材料來源多樣和經濟性而受到廣泛關注；有通過將nZVI負載在膨潤土中，有效提高了nZVI的反應活性的；也有用水稻秸稈制備出生物炭，并將nZVI負載在生物炭上面，有效脫除了水中的Cr(Ⅵ)的；還有利用廢棄的藥渣制備出了含nZVI的生物炭復合材料，實現對水中Cr(Ⅵ)高效去除的。目前的研究表明，將nZVI負載至特定載體上，是一種可以提高其抗團聚性和抗氧化性的有效方法。

將nZVI負載至生物炭上，是一種綠色高效的環境修復材料，比單一未改性的nZVI具有更大的應用價值。據目前了解，未有制備雞糞衍生生物炭負載納米零價鐵（nZVI@CMBC）的相關報道。本文通過高溫熱解法，將發酵后的雞糞制備成雞糞衍生生物炭(CMBC)，將nZVI負載在CMBC表面及其孔道內部，成功制備出nZVI@CMBC新型復合材料，從而有效克服未改性nZVI的易團聚和易被氧化問題，結合傳統生物炭與納米零價鐵粒子的各自優點，利用其還原、絡合、共沉淀及離子交換作用，將其吸附在材料上，以此在短時間內實現對水中Cr(Ⅵ)的高效脫除，最大限度的發揮nZVI的還原性。希望能夠在實現廢物利用的同時，也為nZVI在環境修復領域的應用提高可行性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雞糞衍生生物炭負載納米零價鐵復合材料及其制備方法和水中Cr(Ⅵ)的脫除方法，本方法所提供復合材料的原材料來源廣泛，制備過程簡單，回收難度小，通過該復合材料對Cr(Ⅵ)產生了還原、絡合、共沉淀及離子交換作用，將其吸附在材料上，實現高效脫除水中Cr(Ⅵ)，廢物得以充分利用，實現了“以廢治廢”。