[发明专利]一种磁性硫铁炭复合多孔环保材料及其绿色制备方法和应用

说明书

本发明涉及环保技术领域的方法，具体地说是一种磁性硫铁炭复合多孔环保材料及其绿色制备方法和应用。将生物质匀浆后在铁源和硫源作用下经低温水热一步还原反应获得磁性硫铁炭复合多孔环保材料。所制备磁性硫铁炭复合多孔环保材料可在水污染控制、土壤(沉积物)改良或污染环境修复中应用。

技术领域

本发明涉及环保技术领域的方法，具体地说是一种磁性硫铁炭复合多孔环保材料及其绿色制备方法和应用。

背景技术

纳米零价铁是具有巨大比表面积和较高反应活性的还原剂，零价铁的标准氧化电极电位低(E＝-0.44V)，可还原大部分污染物，但是由于零价铁易与水反应形成氧化铁包层，使其快速钝化，且使用后难以从溶液中分离出来，因此在实际废水处理应用中有一定局限性。研究试图通过掺杂硫或贵金属(如Pd，Pt或Ag)或者用聚合物包覆零价铁以改善其胶体稳定性并增加其可用于反应的表面积来促使电子从零价铁有效地转移到吸附的目标化合物。此种改性方法虽然解决了零价铁易钝化、稳定性差的缺点但仍然面临着易团聚的问题。生物炭作为一种稳定的固体，富含碳，具有大的表面积和多孔结构，越来越被认为是一种有吸引力的支持介质。目前制备生物炭负载的铁硫复合材料的方法有两种：浸渍和沉淀。然而，它们具有一些关键性的缺点：(a)将生物炭制备和铁硫负载过程分开，即先通过慢速热解、闪速热解、真空热解、中间热解或加氢热解等高温热解方法来制备载体生物炭材料，再进行相关负载工作；(b)得到的热解生物炭材料需要盐酸等无机酸洗涤以除去灰分和活化剂，从而赋予生物炭大量含氧官能团并提高亲水性，以便于随后负载过程中铁离子浸渍和铁纳米颗粒的形成。(c)负载过程中通常需要使用到非绿色还原化学试剂硼氢化钠等还原二价铁以获得零价铁；(d)负载过程要求较高的除氧环境(惰性气体氛围)且相关反应液均需要提前进行除氧处理。这使得净水材料的制备过程昂贵、复杂、耗时且对环境不友好，从而限制了其实际应用。因此建立一个简化的实际操作性强的反应过程、降低应用成本具有重要的现实意义。

我国生物质资源丰富，近年来频繁爆发的绿潮和赤潮生态灾害，造成数百万吨有害藻类在近岸海域的漂浮或上岸堆积，影响近岸水厂养殖系统和潮间带生态系统。除此之外，农作物秸秆、畜禽粪便和污水处理厂活性污泥等废弃物量也相当可观。因此，充分利用我国近海海藻生物质及废弃生物质，开发生物质资源具有重要的现实意义。生物炭材料具有高比表面积，可以作为微纳米材料的有效载体，改善细微颗粒材料的团聚现象，通过一步合成法完成生物炭与铁硫的共生成，简化制备过程、增强污染物的去除效率，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种磁性硫铁炭复合多孔环保材料及其绿色制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种磁性硫铁炭复合多孔环保材料的绿色制备方法，将生物质匀浆后在铁源和硫源作用下经低温水热一步还原反应获得磁性硫铁炭复合多孔环保材料。

进一步的说，

1)向原始生物质中添加其0.5-5wt％的硫铁矿粉与0.01-0.1wt％的二甲基亚砜及半胱氨酸混匀制成脱氧富硫浆体，其中体系中半胱氨酸的终浓度为0.1-0.3mol/L；

2)将脱氧富硫浆体与铁源、硫源、表面分散剂和盐混合均匀，密封、在限氧氛围中，170-220℃条件下经水热反应1-24小时，反应后离心收集固体待用；其中，混合体系中铁源中的铁和脱氧富硫浆体的质量比为1：5-1：30，铁源中的铁与硫源中的硫的摩尔比为2:1-6:1，盐和脱氧富硫浆体的质量比1：20-1：50；表面分散剂和脱氧富硫浆体的质量比1：50-1：200；所述盐为镁盐或钛盐；

3)将上述收集的固体先后使用过量的亚乙基-1，2-双(二硫代氨基甲酸)锰锌(简称代森锰锌)的吡啶溶液和硫磺的无水乙醇饱和溶液分别浸洗活化各1-10min，然后离心，收集固体在限氧条件下经300-700℃高温活化10-60min后，制得磁性硫铁炭复合多孔环保材料。