[发明专利]用于突发性环境污染应急处理的快速吸附剂及制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于环境科学领域，具体涉及一种用于突发性环境污染应急处理的快速吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，我国突发性环境污染事故相继频发，据不部分统计每年发生约2000余起，平均每天超过3起。其中危害严重，曾经轰动一时的突发性污染事件就有多起，包括2005年松花江水污染事件、广东北江流域镉污染事件，2010年福建紫金矿业溃坝致汀江铜污染事件，2011年四川涪江锰污染事件，2011年云南曲靖铬渣非法倾倒污染珠江源头事件，这系列突发性水污染事件的发生，都表明流域性水污染事件影响范围广、处置困难的特点。如果处置迟缓，将直接威胁饮用水安全，造成社会恐慌。因此，如何提高对突发性环境污染事故应急处置效率，提供事故应急处理的新方法和材料，已成为环保领域中刻不容缓的新课题。

当前对水体中重金属污染和染料污染的去除技术包括了吸附、还原、离子交换、过滤反渗透等方法。吸附法相对其他方法在成本和操作方便性等方面有着显著优势。目前活性炭、粘土、聚合物和生物材料等一系列吸附剂已被广泛研究用于重金属和工业染料的去除。同时，随着纳米技术和纳米材料的发展，使得吸附剂快速并大量地去除重金属和工业染料成为一种可能，例如纳米碳材料和纳米氧化金属由于有很高的比表面积，现在正被积极研究用于重金属和工业染料的吸附。特别是纳米尺寸的铁的氧化物，由于它们对重金属，特别是六价铬和工业染料有很强的亲和力，而且铁的氧化物毒性低、易降解，使他们成为极其有效且环保的重金属和工业染料吸附剂。除此之外，铁元素在地球上含量丰富，铁的氧化物也易于合成，使得此类吸附剂的制造成本也较低。

然而，纳米尺寸的铁的氧化物，如纳米氧化铁颗粒在溶液中很容易聚集，令他们对重金属和工业染料的吸附作用极大地降低。因此，很多多孔材料，如粘土、聚合物和碳材料被用作纳米氧化铁的支架来分散他们以减少颗粒的聚集。考虑到材料的安全性和对分散的有效性，碳材料，包括活性炭、石墨烯和碳纳米管被频繁用作纳米氧化铁的支撑物。不利的是，引进多一种材料和纳米氧化铁来构建复合材料会增加吸附剂制作的复杂性，同时商业化的碳材料成本较高，这样会令整个吸附剂的生产成本增加。有研究利用热解木质纤维素含量丰富的农作物来生产生物炭，并利用这些生物炭来负载纳米金属，起到了降低用料成本和良好的分散纳米金属的作用。然而热解木质纤维素需要很高的温度(>500℃)，并且加热过程往往需要较长的时间。由于松香的主要成分是松香酸，其分子量远小于木质纤维素，所以松香能在相对较低的温度(约400℃)和较短的时间内(<10min)就能热解为生物炭。前期，我们报道了在掺入粘土作为氧化铁的支撑物条件下，通过热解松香来制备生物炭，以负载纳米氧化铁(Journal of Materials Chemistry A,2015,3,4595-4603)，而掺入粘土仅起到在吸附剂制备过程中增加松香溶液粘稠度作用，但降低了吸附剂的吸附能力。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于突发性环境污染应急处理的快速吸附剂。该快速吸附剂是通过热解松香制备生物炭并负载纳米氧化铁颗粒的方法制得，该快速吸附剂成本低廉、制作简单、安全无毒且在宽泛的pH范围内都保持高效重金属和工业染料去除性能。

本发明的另一目的在于提供上述用于突发性环境污染应急处理的快速吸附剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述用于突发性环境污染应急处理的快速吸附剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于突发性环境污染应急处理的快速吸附剂，由以下成分制备得到：松香、铁盐、碱性溶液；制备过程为将松香乙醇溶液掺入铁盐的碱性溶液，搅拌均匀，然后在350℃～500℃温度下碳化。

其中，换算成铁元素和松香的质量比优选为1:(1～8)；

所述的铁盐可为二价铁盐或者三价铁盐；

进一步地，所述的铁盐优选为六水合三氯化铁、四水合氯化亚铁、硫酸铁、七水合硫酸亚铁、九水硝酸铁和硝酸亚铁中的一种；

所述的碱性溶液优选为NaOH溶液、KOH溶液、氨水、尿素等碱性溶液中的一种。

所述的碱性溶液的质量浓度为2～15％。

上述用于突发性环境污染应急处理的快速吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取铁盐溶于水中，配置成含铁元素质量浓度为4～16％的溶液；用碱性溶液将上溶液调节pH至7.5～10，得到混合液；

(2)将松香溶于无水乙醇中，得松香乙醇溶液，将松香乙醇溶液滴加进步骤(1)所述的混合液中，获得混合物；