[發明專利]一種高介導草酸還原鉻的碳包覆鐵氧化物的制備及應用

在審

• 申請號: 202111587703.5
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114308038A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 甘敏;蔡渺;顧春堯;朱建裕;劉夢飛;何鵬;熊瑤;唐賓林;周熠豪
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J37/08;B01J37/36;C02F1/70;C02F101/22
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本發明涉及一種高介導草酸還原鉻的碳包覆鐵氧化物的制備及應用，屬于環境材料技術領域。該材料的制備是通過鐵氧化細菌合成鐵基次生礦物的基礎上通過添加聚乙烯醇(PVA)進行修飾,培養一段時間后，經過過濾烘干，碾磨成粉末，最后700℃惰性氣體氛圍下煅燒2h,降溫至室溫后取出，通入氮氣密封保，即可獲得。碳包覆鐵氧化物在0.75g/L的劑量下能夠高效介導草酸(4mM)在90分鐘內實現六價鉻(Cr(VI)，40mg/L)近100％的去除，且在較寬的pH范圍內和不同鹽離子濃度，不同水體中也都表現出優異的Cr(VI)去除效果。該碳包覆鐵氧化物原料來源廣、合成簡單、成本低廉，可工業化大規模制備，其特點主要是能在短時間內高效的介導草酸實現對Cr(VI)的去除。因此該碳包覆鐵氧化物材料在去除重金屬污染水體中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于環境功能材料領域，涉及一種高介導草酸還原鉻的碳包覆鐵氧化物的制備及應用。

技術背景

鉻在各個現代工業中得到了廣泛使用，如電鍍、皮革鞣制和油漆制造等。然而，六價鉻(Cr(VI))作為一種具有致癌、致突變和致畸特性的游離型陰離子，已被列入超級基金國家優先清單的20種優先危險物質中。傳統修復Cr(VI)污染的方法包括生物還原、化學沉淀和光催化還原，都是將Cr(VI)轉化為毒性較小且流動性較低的Cr(III)。然而，這些方法伴隨著各種缺點，如還原周期長、二次污染和需消耗額外的能源，限制了大規模應用。因此，迫切需要開發一些有效和環境友好的方法來克服這些缺點。

草酸(OA)廣泛分布于土壤和地下水中是由于微生物代謝分解和植物根系分泌。此外，OA通常用作工業清洗劑、土壤洗脫劑、媒染劑和鞣劑，并且在許多的工業廢水中經常與Cr(VI)一起排放。此前已有研究報道表明，針鐵礦、氧化鋁、粘土礦物等可用于縮短OA還原Cr(VI)的時間，但是其處理時間還是比較長，因此在實際的工業鉻廢水處理中仍然是不可行的。

近年來，碳基材料在重金屬污染的修復中受到廣泛關注。由于其具有多個含氧官能團、大的比表面積和孔結構，它經常在修復Cr(VI)污染時，作為吸附劑、電子供體、電子受體、電子穿梭或光催化劑。值得注意的是，據報道，在高熱處理溫度下生產的生物炭具有作為電子穿梭機的高電導率，在低分子量有機酸存在下加速了Cr(VI)的還原速率。通過純生物炭促進低分子量有機酸還原Cr(VI)是可行的，但該過程受限于低動力學。因此，有必要對碳基材料進行改性，以提高Cr(VI)的還原效率。

碳基材料通常通過摻雜一些過渡金屬，如鐵，以提高其導電性和電子轉移，但表面改性不可避免地導致大量鐵離子的浸出。Schwertmannite(Sch,Fe₈O₈(OH)_x(SO₄)_y(1≤y≤1.75and x+2y＝8))，可由化學法或氧化亞鐵硫桿菌氧化亞鐵離子形成。通過生物合成的施氏礦物比化學合成的更綠色、更簡單。一些無機和有機物質可以很容易地摻雜來調節生物合成的施氏礦物形態和結構。有趣的是，表面活性劑可以吸附在礦物顆粒表面以調節生物合成施氏礦物的形成，從而形成復合物。并且該復合材料可以被煅燒以產生碳包覆的均勻分布的氧化鐵。引入的聚乙烯醇(PVA)可以改變氧化亞鐵硫桿菌礦化過程中施氏礦物的形態和結構。將聚乙烯醇改性的施式礦物(Sch-PVA)進一步煅燒，得到的神經網絡狀-碳包覆鐵氧化物(C-2.0-Sch-PVA)。C-2.0-Sch-PVA，具有獨特的碳包覆氧化鐵結構、高比表面積、更多的含氧集團和更高的導電性，有效的增強了OA對Cr(VI)的還原。

發明內容

針對以上的技術問題，本發明的目的在于提供一種高介導草酸還原鉻的碳包覆鐵氧化物。

本發明的另一目的在于提供一種高介導草酸還原鉻的碳包覆鐵氧化物的制備方法。

本發明的又一目的在于提供一種高介導草酸還原鉻的碳包覆鐵氧化物的應用。

一種高介導草酸還原鉻的碳包覆鐵氧化物的制備及應用其包括以下步驟：