[发明专利]一种负载型生物炭催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理和环境催化技术领域，涉及一种负载型生物炭催化材料的制备方法。

背景技术

硝基苯是地下水中常见的污染物，也是医药、炸药、印染等行业的主要原材料，一旦管理不当造成泄露或违规排放都会对水体造成极大的污染。硝基苯不仅对水生生态系统有毒害作用，还可通过呼吸道或皮肤吸收使人体的神经系统和血液系统病变。目前硝基苯的治理方法主要有物理吸附法、微电解法、单质金属还原法、超声波技术、生物法和Fenton氧化法等。综合简单方便、经济高效等方面，Fenton氧化法是最为经济便捷且目前使用最为广泛的治理方法。

将生物炭负载铁氧化物制成的催化材料用于异相Fenton降解可以有效去除废水中的硝基苯。生物炭是生物质在限氧或绝氧条件下经高温裂解的产物。生物质在高温裂解的过程中会形成很多孔，因此生物炭具有很大的比表面积，能够吸附大量污染物，同时也为负载物提供了许多位点。生物炭有极高的碳含量，具有很强的稳定性，不易被矿化，适合作为载体长期使用。

现有的载铁生物炭处理有机废水技术均有不足。武守阳等(武守阳.一种用于印染污水处理的磁性颗粒的制备方法:,CN 104307480 A[P].2015.)以花生壳为原材料，经H₃PO₄、H₂SO₄的混合液浸渍后再炭化、活化制得生物炭，之后又以FeCl₂、FeCl₃、氨水为原料制得磁性颗粒后，加入到含有活性炭的液体中，超声制得负载铁氧化物的活性炭，并应用于印染废水的治理中，该方法过程繁琐，方法复杂，对条件要求较高，且通过超声负载的铁氧化物粒子与生物炭的结合不够牢固，容易脱落，材料性能不稳定。周林成等(周林成,马俊俊,张荷,等.一种降解有机染料的生物质磁性炭材料:,CN103480331A[P].2014.)以花生壳为原料，浸渍到草酸铁铵和硝酸铜的混合液中，再经高温炭化制得磁性材料，但是这种材料在应用于印染废水的异相Fenton处理中时，对废水的治理效果不够好，处理40mg/L的亚甲基蓝废水需10h才能达到全部降解，难以满足实际生产需要。陈宝梁等(陈宝梁,陈再明.一种磁性生物碳吸附材料的制备方法及其用途:,CN101642699[P].2010.)将生物质与铁盐溶液混合，要求Fe²⁺和Fe³⁺的摩尔比为1:2～2:1，使用NaOH溶液调节pH到9～10，在氮气保护下在100～700℃下进行炭化，但是该材料制备成本较高，且只用于吸附水中的有机染料，材料的孔径单一，不能够充分发挥磁性材料的作用。专利申请201510177420.1将商业活性炭浸渍于已配好的FeCl₃的酸溶液中，后经老化、干燥制得载铁活性炭，将其应用于甲苯的吸附中，该方法原材料价格昂贵，成本过高，且吸附后难以再生，对甲苯的最大吸附量仅为226.32mg/g，效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载型生物炭催化材料的制备方法，该方法制得的负载型生物炭催化材料对硝基苯废水降解效果好、对硝基苯的去除率高且可重复利用。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种负载型生物炭催化材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将生物质破碎，过筛，将破碎后的生物质于400～600℃炭化0.5～4h，炭化结束后，依次用NaOH溶液、H₂SO₄溶液和乙醇溶液清洗，过滤，烘干得到生物炭(BC)；

步骤2，按Fe²⁺与Fe³⁺的摩尔比为1:2，Fe与BC的质量比不小于0.4:1，将干燥的生物炭浸渍在FeSO₄和FeCl₃的混合溶液中，边搅拌边升温至60～65℃，随后继续搅拌冷却至30～40℃，在悬浮液中加入尿素，于80～90℃搅拌1～2h，静置过夜，过滤，依次用水和乙醇清洗，烘干，研磨，过筛，得到负载型生物炭催化材料。

步骤1中，所述的NaOH溶液的浓度为2.5mol/L，所述的H₂SO₄的浓度为1mol/L，乙醇溶液的体积浓度为95％，清洗时间为2h。

步骤2中，所述的混合溶液中，FeSO₄的浓度为0.06～0.15mol/L，FeCl₃的浓度为0.12～0.30mol/L，所述的尿素与Fe的摩尔比不小于10:1。