[发明专利]一种降解染料的高稳定性生物炭基碳化铁的制备方法

说明书

本发明涉及一种降解染料的生物质基碳化铁材料，该材料由生物炭与铁前体按质量比1：2的比例混合而成。同时，本发明还公开了该生物炭基碳化铁的制备方法。本发明价格低廉、高效、具有吸附和降解双重作用。该材料可循环使用且在不同酸碱条件下可稳定存在，其降解效果要高于零价铁和生物炭。

技术领域

本发明涉及一种高稳定性生物炭基碳化铁材料，尤其涉及一种降解染料的生物炭基碳化铁材料。

背景技术

活性炭制备容易，比表面积大，但再生困难，一般不能重复使用。其对污染物的吸附主要是物理吸附，容易造成污染物解吸，限制了其应用范围。零价铁低毒廉价，能够还原去除多种有毒有害污染物[1]，但其性质不稳定，在空气中较长时间易被氧化且在水溶液中易团聚。纳米零价铁(nZVI)因其较高的反应活性和比表面积，在污染修复领域比零价铁更为优异、有效。

生物炭是近些年来的研究热点问题之一，其来源广泛，是植物、污泥、粪肥、泥炭和绿色城市垃圾等原材料在厌氧条件下经化学热解过程制备而成的(温度小于800℃)。生物炭是一种碳丰富的多孔结构，具有固碳减排、培肥土壤、修复土壤、提高作物产量等多重功能。其芳构化程度高，性质稳定不易分解。生物炭来源既广泛又价格低廉，作为一类新型的改良剂越来越被研究者所青睐。生物炭对重金属具有一定的吸附能力，可吸附Pb、Cr、Cu、Zn等重金属，但是吸附能力较差，这一缺点限制了生物炭的应用。因而针对这些问题，如何对生物炭和nZVI进行改性提高nZVI的稳定性成为了研究的热点。

以生物炭作为载体，合成磁性生物炭基材料，可使该复合材料具有很好的稳定性。同时，也使nZVI分散并负载在生物炭上，有效的抑制了铁纳米材料易团聚的特点，操作方便，无二次污染。磁性生物炭基材料的制备方法主要包括两种：共沉淀法和高温裂解法[2,3]。共沉淀方法只是利用还原剂NaBH₄将Fe²⁺或者Fe³⁺还原成Fe⁰[4]，并将其分散在生物炭的表面，生物炭与铁之间并未发生相互作用。Fe⁰由于裸露在生物炭表面，易被氧化[5,6]。同时铁易溶出而释放到溶液中造成潜在的生态风险[7]，而毒性较大的NaBH₄也会对环境造成破坏。高温裂解法可以很好的解决共沉淀方法带来的问题，其主要是利用铁盐的高温分解，因此在热力学上更加稳定[2]。在生物炭高温裂解过程中，氧化铁被还原逐渐转变成Fe⁰和Fe₃C。但是生物炭本身含氧官能团的存在，不利于Fe⁰的生成。Yan等利用松木作为制备生物炭的来源，在1000℃条件下制备得到碳包裹的Fe₃C[8]，大大的增加了能量消耗，同时也会间接的造成树木的乱砍乱伐。Liu等通过利用松木锯屑制备水热炭后，负载铁合成Fe-C复合材料，有氧化铁的存在[9]。这样制备出来的改良剂其活性和使用周期都会有所下降。

[1]付丰连.零价铁处理污水的最新研究进展.工业水处理,2010,30(6):1-4.

[2]Wang S,Gao B,Zimmerman AR,Li,Y,Ma L,Harris WG,MigliaccioKW.Removal of arsenic by magnetic biochar prepared from pinewood and naturalhematite.Bioresource technology,2015,175:391-395.

[3]Devi P,Saroha AK.Simultaneous adsorption and dechlorination ofpentachlorophenol from effluent by Ni–ZVI magnetic biochar compositessynthesized from paper mill sludge.Chemical Engineering Journal,2015,271:195-203.