[发明专利]一种水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料及制备与应用

说明书

本发明属于环境功能材料领域，公开了一种水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料及制备与应用。将水葫芦经洗净干燥后切碎，在惰性气氛及300～600℃温度下炭化处理，研磨过筛后置于酸溶液中浸泡处理，水洗至中性后烘干，得到水葫芦生物炭；将含铁化合物溶于水，然后加入无水乙醇，再加入水葫芦生物炭搅拌混合均匀，滴加还原剂溶液搅拌反应，滴加完毕后陈化反应，分离去除上层液体，所得沉淀经洗涤干燥，得到水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料。本发明的制备方法简便易操作，原料易得，制备得到的水葫芦生物炭负载纳米铁分散均匀，有效解决了水葫芦污染与纳米颗粒易团聚钝化等问题，提高了材料对重金属污染物锑的去除效果。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，具体涉及一种水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料及制备与应用。

背景技术

锑为高危害有毒物质和可致癌物质，被欧盟和美国环境保护署列为优先控制的污染物。目前，全球锑使用量的日益增加导其进入环境并污染致饮用水源，严重威胁人体健康和生态环境的安全。

目前，科学家们已经通过合成和改性得到零价铁来解决水污染问题。零价铁作为一种绿色、经济的环境修复技术，在有机及重金属污染的土壤/地下水治理中备受青睐。事实证明零价铁还原重金属污染物不仅去除效率高，而且工艺简单，操作费用低，实用性强。

纳米零价铁与零价铁相比，克服了其颗粒粒径大，可供有效反应的活性位点少的缺点，提高了颗粒的比表面积和吸附活性。研究发现，将纳米零价铁携载在蒙脱石、膨润土和活性炭等载体上，不仅可以保持纳米零价铁强还原性的特点，而且能够增强其稳定性，更加适用于工程应用。相比上述载体材料，生物炭不仅拥有良好的孔隙结构和较大的比表面积，易于纳米零价铁的均匀分散，而且原料易于获得、成本价格低廉、吸附性能优越，属于环境友好型材料。因此，利用生物炭携载纳米零价铁理应具有较好的工程应用前景。但利用生物炭携纳米零价铁去除重金属的研究却鲜见报导。并且，目前未见有研究生物炭携纳米零价铁去除水中锑的报导。

水葫芦是多年生漂浮性草本植物，其耐肥、抗病能力均很强，是世界上生长、繁殖最快的水生植物之一。其抢占水面，排挤本地植物，堵塞水上交通，影响鱼虾生长，腐败后恶化水质，滋生蚊蝇，危害人类健康，对环境有着较强的负面效应。因此，水葫芦的治理是一项艰巨的任务。但是，如果能将水葫芦变废为宝，实现资源化利用，则不但可以解决其导致的环境问题，而且可以发掘其蕴藏着的巨大的生物质资源。如果能够有效利用水葫芦(特别是其球状茎，即其“葫芦”部分)含有的大量优质多孔纤维，制造生成性能优良的生物碳，则可为大规模实现水葫芦的资源化利用提供新的途径。水葫芦的资源化利用并制备处理含重金属锑废水的高效环保新材料意义重大。并且，由于水葫芦制备的生物炭表面含有丰富的酸性含氧官能团和较高的阳离子交换容量，便其在水体重金属污染治理方面表现出巨大的应用潜力。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料。

本发明的再一目的在于提供上述水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料在含锑废水处理中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将新鲜水葫芦经洗净干燥后切碎，在惰性气氛及300～600℃温度下炭化处理1～4h，冷却后取出，研磨过筛，然后置于酸溶液中浸泡处理，水洗至中性后烘干，得到水葫芦生物炭；

(2)将含铁化合物溶于去离子水，然后加入无水乙醇作为分散剂，向所得混合溶液中加入步骤(1)的水葫芦生物炭，搅拌混合均匀，然后滴加还原剂溶液搅拌反应，滴加完毕后陈化反应，分离去除上层液体，所得沉淀经洗涤干燥，得到水葫芦生物炭负载纳米零价铁复合材料。