[发明专利]一种基于废弃生物质制备磁性纳米生物质炭的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于废弃生物质制备磁性纳米生物质炭的方法及其应用。本发明利用液化剂对废弃生物质进行液化处理，经抽滤后获得生物质液化提取液；调节液化提取液pH至中性；向提取液中加入氯化铁和尿素，通过溶剂热法制备得磁性纳米生物质炭。所得磁性生物质炭复合材料为纳米级，颗粒大小均一，平均颗粒直径为15～70nm，其中Fe₃O₄的晶粒尺寸在6.0nm左右，生物炭中Fe以尖晶石结构的Fe₃O₄的形式存在；磁性为12～65emu/g，可利用外加磁场实现简单快速分离。

技术领域

本发明属于材料合成及水处理领域，具体涉及一种基于废弃生物质制备磁性纳米生物质炭的方法及其应用。

背景技术

Fenton法是一种被广泛研究和应用的高级氧化方法。传统的芬顿试剂是指Fe²⁺和H₂O₂构成的反应体系，但是这种传统的均相Fenton体系存在消耗大量酸碱试剂，催化活性组分流失，形成大量含铁污泥的不足。为了解决上述均相Fenton工艺中存在的问题，近20年来，人们开始研究使用含铁的化合物以及负载铁氧化物的固体催化剂来取代硫酸亚铁溶液，构建非均相Fenton或类Fenton催化体系，并用来处理难生物降解的有机污染物。

其中磁性纳米Fe₃O₄作为多相类Fenton催化剂，在类Fenton催化反应中，即具有较高的催化活性，又能够借助外加磁场轻易地从溶液中分离出来，避免了材料的浪费和对环境造成的二次污染。因此，近年来纳米Fe₃O₄作为非均相类Fenton催化剂用来催化降解有机污染物得到了广泛的研究和应用。但磁性Fe₃O₄纳米材料在实际使用过程中仍存在稳定性差、容易团聚和易氧化等现象。为了增强其分散性和稳定性，同时赋予它更加丰富的物理化学性质，常采用生物炭、沸石分子筛、氧化铝等材料对纳米Fe₃O₄进行负载改性。

为了实现废弃生物质资源化利用，近年来，以废弃生物质为原料制备负载纳米级Fe₃O₄的磁性生物炭复合材料的研究也得到越来越多的关注。目前主要的制备方法有两种，一种是先经限氧热解或水热炭化方法制得生物炭载体，然后通过化学沉淀法实现Fe₃O₄纳米粒子的负载化。另一种是通过化学沉淀法或浸渍法将铁盐沉积于生物质材料表面，再通过限氧炭化制得磁性生物质炭。但这些制备方法对材料粒径的可控程度低，制备所得材料主要为微米级，且磁性Fe₃O₄纳米粒子在炭载体中分布不均匀。已有研究表明，对于多相类Fenton催化剂，其催化活性随着催化剂颗粒直径的减小将显著增大，因此，制备纳米级磁性生物炭有望获得具有更高的多相类Fenton催化活性的催化剂材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性纳米生物炭的制备方法。

本发明另一的目的在于提供上述方法制备的磁性纳米生物炭在去除有机污染物中的应用。

本发明的再一目的在于提供上述方法制备的磁性纳米生物炭去除水中有机污染物的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种磁性纳米生物炭的制备方法，包括以下步骤：

1)将粉碎后的废弃生物质与添加有酸性催化剂的液化剂混合，在搅拌条件下进行高温液化反应；

2)高温液化反应结束后，冷却，将反应产物固液分离，取液体得生物质液化溶液；

3)将上步所得的液化溶液的pH调节至6.5～7.5；