[发明专利]一步法制备生物炭纳米零价铁复合物的方法

说明书

一步法制备生物炭纳米零价铁复合物的方法，以生物质吸附水溶性铁盐后，在无氧条件下借助微波加热热解。以热解过程中的热解气为还原剂还原铁离子为零价铁，以热解过程产生的生物炭为多孔性吸附载体原位吸附零价铁超微颗粒，一步法低成本合成生物炭纳米零价铁复合物。本发明所述的生物炭零价铁具有很强的吸附性能和还原降解有机氯、双酚A、抗生素的能力，对重金属也有明显的吸附钝化效果。可以为水体、土壤中难降解有机氯残留、双酚A、抗生素、重金属残留的去除或钝化提供有效的修复材料。

技术领域

本发明属于生物质绿色转化利用和环境保护技术领域，涉及一种制备生物炭纳米零价铁复合物的方法。

背景技术

20 世纪 80 年代初，有机染料、氯代烃、芳香烃等有机污染物残留问题受到了全球的共同关注。有研究者发现，利用镁、铜、铁等零价金属在去除地下水中难降解有机污染物时具有巨大的优势。相比其他零价金属，零价铁制备工艺简单，反应彻底且不对环境造成二次污染，又由于它廉价易得，故在工程应用中受到了广泛的关注。

但是零价铁的合成工艺却相对落后，有成本高、环境足迹大的问题。例如，CN200910012293.4的发明专利，是通过选用5～15mm的铁片、铁屑或铁粒先经0.1％的NaOH浸泡，再经5％盐 酸酸洗，然后用水冲洗以去除表面油污、锈蚀，将获得的零价铁烘干，再与活性炭粒子按一定的比例混合使用。

而CN201610328612.2的中国发明专利申请，公布了一种纳米零价铁制备工艺：将含亚铁盐硝基苯废水溶液和KBH4或NaBH4水溶液打入撞击流装置发生碰撞，然后进入旋转填料床混合、反应，纳米零价铁的制备与纳米零价铁处理硝基苯废水同步进行。工艺还是很复杂，环境足迹较大。 因此，环保行业亟待有绿色高效的零价铁制备方法。

研究表明，生物质是自然界储量非常庞大的自然资源，它是由纤维素、半纤维素、木质素组成，草本植物来源广泛易得，组织结构高度发达。木本植物通过微波辅助无氧热解可以获得还原性气体、生物油和孔隙度很高的生物炭。生物油不稳定在微波辐射条件下进一步朝着裂解气化和缩合碳化两个方向发展。

发明内容

本发明涉及一种以草本生物质和铁盐为原料微波辅助一步法制备生物炭纳米零价铁复合物的方法。把草本生物质裂解和铁离子的还原结合制备生物炭和零价铁的复合物。

本发明以草本生物质吸附水溶性铁盐后，在无氧条件下借助微波加热热解。以热解过程中的热解气为还原剂还原铁离子为零价铁，以热解过程产生的生物炭为多孔性吸附载体原位吸附零价铁纳米颗粒，一步法低成本合成生物炭纳米零价铁复合物。该生物炭纳米零价铁复合物具有很强的吸附性能和还原降解有机染料、有机氯、双酚A、抗生素的能力，对重金属也有明显的吸附钝化效果。可以为水体、土壤中难降解有机染料、有机氯残留、双酚A、抗生素的去除、以及重金属残留的钝化提供有效的修复材料。

本发明所述的一步法制备生物炭纳米零价铁复合物的方法，按以下步骤：

（1）草本生物质原料经过风或烘干后，粉碎到粒径0.5mm-15mm，备用。

（2）铁盐饱和溶液准备：取过量水溶性铁盐溶于软水中，制备铁盐饱和溶液。

（3）吸附铁盐的草本生物质粒料准备：取草本生物质粒料和铁盐饱和溶液，按草本生物质粒料:铁盐饱和溶液为1:0.4~1的质量比混合、吸收扩散均匀后，风干或低温烘干后备用，所述的草生物质粒料和铁盐饱和溶液比例依前者的吸水容量控制在1:0.4~1的范围。