[發(fā)明專(zhuān)利]一種納米水鐵礦生物炭及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210332266.0
• 申請(qǐng)日: 2022-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114849644B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧陽(yáng);吳嘉慧;宋清梅;吳文成;曾文軍;吳穎欣;孫乾迎;王云濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/20
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B09C1/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 徐李娜

本發(fā)明提供了一種納米水鐵礦生物炭，所述納米水鐵礦生物炭由可溶性鐵鹽與生物炭按照質(zhì)量比(2～5):1制備而成。本發(fā)明納米水鐵礦生物炭可以在鎘砷同時(shí)存在的復(fù)合污染溶液體系中對(duì)鎘和砷離子實(shí)現(xiàn)同步去除，且效果大幅好于單一生物炭或單一水鐵礦對(duì)于重金屬(鎘、砷)的去除效果。本發(fā)明所述的納米水鐵礦生物炭既彌補(bǔ)了單純使用生物炭吸附陰離子基團(tuán)污染物能力較弱和水鐵礦自身易團(tuán)聚的局限性，又解決了實(shí)際污染土壤中以陰離子形態(tài)存在的砷酸根基團(tuán)和以陽(yáng)離子形態(tài)存在的鎘離子難以同步去除的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米水鐵礦生物炭及其制備方法與應(yīng)用，屬于環(huán)保材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物炭是由生物質(zhì)在無(wú)氧或限氧的情況下受高溫裂解所生成的富碳產(chǎn)物，其具有比表面積大、孔隙度高等特點(diǎn)。同時(shí)，生物炭表面含有豐富的官能團(tuán)，如羧基、羰基、內(nèi)酯基、酚羥基等，另外生物炭一般帶有較多負(fù)電荷。因此，生物炭具有優(yōu)秀的物理化學(xué)性質(zhì)，使得它在環(huán)境污染治理方面得以應(yīng)用。主要原理是通過(guò)吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換等反應(yīng)，從而達(dá)到去除污染物的目的。然而，正是由于生物炭表面帶有較多的負(fù)電荷，其對(duì)重金屬陽(yáng)離子的去除效果較好，但是對(duì)于同樣帶有負(fù)電荷的陰離子污染物的去除效果較差。

水鐵礦具有比表面積大、表面活性高和吸附能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)吸附去除地下水和河流中的污染物，是環(huán)境中存在的重要的天然吸附劑。水鐵礦可以控制鎘、砷等多種重金屬離子的遷移和轉(zhuǎn)化，通過(guò)配體交換反應(yīng)或者絡(luò)合反應(yīng)吸附重金屬。水鐵礦表面的雙配位基團(tuán)對(duì)砷有著很強(qiáng)的吸附性，它能夠與砷形成As–Fe雙核絡(luò)合物從而使得砷從溶液相轉(zhuǎn)移到固相。水鐵礦的羥基官能團(tuán)(–OH)與鐵陽(yáng)離子所組成的表面官能團(tuán)(Fe–OH)通過(guò)質(zhì)子的離解和締合作用而帶電，由于靜電引力作用，帶負(fù)電荷的砷酸根離子會(huì)跨過(guò)能量壁壘接近鐵氧化物膠體的表面，從而達(dá)到吸附效果。但是水鐵礦在自然體系中極其容易團(tuán)聚，致使其比表面積迅速下降，對(duì)重金屬等污染物的去除能力大打折扣。

針對(duì)以上不足，本發(fā)明材料——納米水鐵礦生物炭中，水鐵礦直接在生物炭的微米孔道內(nèi)形成，這些微米級(jí)孔道減少了水鐵礦自身的團(tuán)聚，增加了水鐵礦團(tuán)聚體分散性，讓更多的反應(yīng)位點(diǎn)可以發(fā)揮吸附作用。同時(shí)，水鐵礦納米團(tuán)聚體吸附了鎘砷復(fù)合污染體系中的以陰離子形式存在的砷酸根基團(tuán)后增加了納米水鐵礦生物炭顆粒表面的電負(fù)性，從而也會(huì)增加鎘在納米水鐵礦生物炭材料上的吸附，最終可以達(dá)到高效同步去除環(huán)境中鎘砷的目的。但現(xiàn)有技術(shù)主要采用通過(guò)鐵鹽和生物炭的高溫反應(yīng)，制備過(guò)程復(fù)雜且能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種納米水鐵礦生物炭，其具有制備簡(jiǎn)單，吸附效果好的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明提供了一種納米水鐵礦生物炭，所述納米水鐵礦生物炭由可溶性鐵鹽與生物炭按照質(zhì)量比(2～5):1制備而成。

進(jìn)一步地，所述可溶性鐵鹽為可溶性三價(jià)鐵鹽，優(yōu)選為鹵化鐵。

進(jìn)一步地，所述生物炭為富含微米尺度孔道的生物炭，優(yōu)選為玉米秸稈生物炭。

本發(fā)明還提供一種上述納米水鐵礦生物炭的制備方法，包括步驟如下：

步驟1：將可溶性鐵鹽溶于水；

步驟2：將生物炭加入步驟1所得溶液中，得到懸濁液；

步驟3：在攪拌的同時(shí)，調(diào)節(jié)步驟2所得懸濁液pH至pH＝7.0-8.0，pH穩(wěn)定30min以上，攪拌均勻后過(guò)濾洗滌，取濾渣冷凍干燥，得納米水鐵礦生物炭。

本發(fā)明還公開(kāi)一種上述納米水鐵礦生物炭的應(yīng)用，包括步驟如下：

取納米水鐵礦生物炭于鎘砷污染物共存的溶液中，調(diào)節(jié)溶液pH為5.50±0.10，并反應(yīng)10min以上。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)溶液pH為5.50±0.10，具體為：使用0.1M的HCl和NaOH對(duì)溶液調(diào)節(jié)，至溶液pH為5.50±0.10。

更進(jìn)一步地，所述污染水中含鎘、砷。