[发明专利]一种热解炭负载零价铁复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种热解炭负载零价铁（ZVI）复合材料及其制备方法和用途，将天然赤铁矿粉与粉碎的松木生物质按照质量比进行混合，加水超声分散，烘干，将所得的干燥的混合原料放置管式炉中，在氢气‑氩气混合气氛围下限氧热解，以设定的升温速率升温至目标温度800~1500^oC下热解，共同热解松木生物质与天然赤铁矿（主要成分为Fe₂O₃），使Fe₂O₃还原成ZVI并生成复合材料PC/ZVI。进一步的，通过掺杂石墨烯和/或对苯醌，既补充高温热解后碳材料的官能团损失，也进一步促进零价铁电子传递，显著提高重金属去除能力。

技术领域

本发明属于环境修复材料技术领域，具体涉及一种热解炭负载零价铁复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

水体中金属污染形势严峻，相较于其他处理手段，基于吸附剂技术是常用的污水处理手段。常用的吸附剂如活性炭、沸石等对铅等阳离子重金属去除效果较好、但对阴离子型重金属和类金属的去除效果欠佳，而且吸附材料大多不易于处理后的分离、成本较高，使得该技术的广泛、有效应用受到很大局限。基于此，制备吸附性能好、去除效率高、环境友好的水体重金属污染修复材料已是大势所趋。

近年来，环境修复材料零价铁（ZVI）的热度渐长且对其展开了一系列的研究。ZVI作为一种单一价态的单质铁，氧化还原电位低，还原能力强，是一种强还原剂。ZVI比表面积大且具有胶体的特性，而且制备方法简便、成本低、处理效果好，是一种环境友好型材料。ZVI的不足在于其颗粒容易团聚且极易被氧化，会显著降低其对污染物的处理能力。为了改善其不足，目前针对ZVI的研究多数是采用载体材料负载ZVI，以提高其稳定性。

相比于膨润土、活性炭、石墨烯等载体材料，基于农林废弃物材料热解制备的热解碳材料（PC）也是优良的载体材料，例如广泛使用的生物炭。通常热解炭是指固体有机物（包括秸秆、枯枝落叶、畜禽粪便以及污泥等工农业生产废弃物）在高温（>300^oC）缺氧下热解生成的稳定、高度芳香化的富碳材料，碳元素约占其质量的60%左右，同时含有少量的H、O、N、S等元素。随着热解温度的升高，热解炭的C含量增加，O、H含量会减少，H/C比随着温度升高而呈下降趋势表明热解炭的芳香化程度增加，稳定性增强。升高热解温度，热解炭官能团含量减少，热解炭含碳量增加，结构趋于单一化，无序的芳香烃碳结构缩聚成有序的类石墨烯炭结构。稳定的结构对热解炭的物理化学性质有显著的影响，会增加热解炭的导电性能，电化学的性能明显增强。