[发明专利]一种载铁生物炭的制备方法、产品及其应用

说明书

本发明公开了一种载铁生物炭的制备方法、产品及其应用，属于材料制备技术领域。所述制备方法包括以下步骤：对生物质进行干燥并粉碎、过筛；将过筛得到的生物质、还原剂、可溶性铁盐至于容器中，加水混合，之后加热进行反应，结束后冷却、干燥得物料A；将所得物料A升温热解，得到载铁生物炭。本发明制备的生物炭的表面形成了铁及其氧化物，使其具有良好的磁性，利于回收和重复利用；将其用于催化过硫酸盐降解有机废水时，能够发挥高效催化作用，实现对有机废水的高效去除，具有较好的使用效果；本发明制备载铁生物炭的方法能在保证生物炭的高效催化性能的前提下，快速的完成热解程序。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种载铁生物炭的制备方法、产品及其应用。

背景技术

工业生产过程中(如印染、化工等)产生的废水含有大量高毒性、高浓度、难降解的有机污染物，传统的水污染处理方法很难实现有机污染物的高效降解。因此，高级氧化技术(AOPs)应运而生。基于活化过硫酸盐生成的硫酸根自由基已成为一种新型的高级氧化技术，被广泛研究用于难降解有机污染物的去除。生物炭活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，由于其反应体系简单，反应条件温和，不需要外加光源和热源，而得到广泛应用。优化筛选催化活性高的生物炭材料成为该方法推广应用的关键。

目前，利用生物炭活化过硫酸盐存在有机物降解速度慢、降解率低、生物炭材料难以回收利用等缺点。因此，开发一种廉价易得、高效、可回收的生物炭催化材料成为该领域的研究热点。

发明内容

为解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种载铁生物炭的制备方法、产品及其应用。通过尝试引入铁掺杂的方法，在碳材料表面上引入铁物种，使其具有良好的磁性，利于回收和重复利用；且通过铁和生物炭的协同作用促进催化剂对过硫酸盐的活化，使反应过程中产生更多的活性物种，从而达到高效降解有机废水的目的。

本发明的技术方案之一：一种载铁生物炭的制备方法，包括如下步骤：

(1)对生物质进行干燥并粉碎、过筛；

(2)将步骤(1)过筛得到的生物质、还原剂、可溶性铁盐置于容器中，加水混合，然后加热进行反应，结束后冷却、干燥得物料A；

(3)将步骤(2)所得物料A升温热解，得到载铁生物炭。

优选地，步骤(1)所述生物质为小麦秸秆、水稻秸秆、稻壳、木屑、玉米秸秆中的一种或多种。

优选地，步骤(1)中对生物质进行干燥前，对生物质进行清洗、剪碎处理。

优选地，步骤(1)中干燥温度为80-110℃，干燥时间为9-12h；过筛具体要求为过100-200目筛。

优选地，步骤(2)中可溶性铁盐为FeSO₄·7H₂O、Fe(NO₃)₂、FeCl₂、Fe₂(SO₄)₃、FeCl₃·6H₂O、Fe(NO₃)₃中的一种或多种；还原剂为抗坏血酸。

优选地，铁元素与抗坏血酸的摩尔比为1:(1-2.5)；生物质与铁元素的质量比为10:(3-5)。

优选地，步骤(2)中反应温度为120-160℃，反应时间为8-24h。

优选地，步骤(2)中干燥在真空条件下进行，干燥温度为50-100℃，干燥时间为8-24h。

优选地，步骤(3)中升温热解具体要求为：在N₂氛围下，以8-12℃/min升温速率，升温至600-800℃，热解100-150min。