[发明专利]一种磁性多孔炭材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磁性多孔炭材料及其制备方法和应用，所述磁性多孔炭材料包括多孔炭和纳米零价铁，所述多孔炭的直径为6～10mm，所述纳米零价铁负载于所述多孔炭中。本发明通过采用毫米级的多孔炭对活性物质纳米零价铁进行负载，能够有效减少多孔炭受土壤颗粒或胶体颗粒的干扰，有效地提高对重金属的吸附固定作用，并延长材料的寿命；同时毫米级的多孔炭容易回收，可以实现对重金属从污染水体或土壤中的提取分离，降低水体或土壤中的重金属含量，并实现材料的回收利用。

技术领域

本发明涉及环境修复技术领域，尤其涉及一种磁性多孔炭材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化与城市化的快速发展，生态环境体系受人类活动的影响程度逐渐增大，尤其是稀有金属开采和冶炼，不合格农药使用等人类生产活动导致大量含有重金属的污染物进入土壤，其中镉(Cd)污染最为严重。Cd是一种有毒性致癌重金属，Cd污染具有生物蓄积和高持久性的特点，对农作物的生长，产量和品质都有较大影响。膳食研究表明，大米是镉摄入的主要途径。一旦含有镉的灌溉水进入稻田，就会污染稻田土壤，导致土壤镉含量超标，同时很容易被水稻吸收转运到籽粒，通过食物链进行传递，严重威胁粮食安全和危害人类身体健康。因此，如何高效吸附固定土壤和水体Cd成为当前土壤和水污染修复中的一个亟待解决的重大环境问题。

目前，已有多种修复方法应用于土壤和水镉污染修复，例如物理，化学和生物方法。吸附材料因其能有效吸附固定水体和土壤中的重金属且操作简单而被广泛应用。不过相关技术公开的吸附材料存在吸附能力有限、寿命短等现象，需要进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种磁性多孔炭材料，能高效吸附固定重金属，抗干扰能力强，具有优良的长效性。

同时，本发明还提供所述磁性多孔炭材料的制备方法和应用。

具体地，本发明采取的技术方案如下：

本发明的第一方面是提供一种磁性多孔炭材料，所述磁性多孔炭材料包括多孔炭和纳米零价铁，所述多孔炭的直径为6～10mm，所述纳米零价铁负载于所述多孔炭中。

根据本发明第一方面的磁性多孔炭材料，至少包括如下有益效果：

多孔炭具有丰富的表面官能团、较大的比表面积和孔隙率，对重金属具有一定的吸附效果，但发明人发现，相关技术采用的多孔炭主要为粉末，这种形态的多孔炭容易受土壤颗粒或胶体颗粒或其他多种干扰物的影响，吸附能力有限；而且相关技术采用多孔炭进行重金属修复只能对重金属进行原位钝化，而无法实现对土壤中重金属的提取。纳米零价铁因其粒径小，表面积大，活性强，在反应过程中产生的铁氧化物能够高效吸附固定重金属，但纳米零价铁存在表面容易氧化和团聚的问题，导致其反应活性大大降低，限制了其保存和使用寿命。

本发明通过采用毫米级的多孔炭对活性物质纳米零价铁进行负载，能够有效减少多孔炭受土壤颗粒或胶体颗粒的干扰，有效地提高对重金属的吸附固定作用，并延长材料的寿命；同时毫米级的多孔炭容易回收，可以实现对重金属从污染水体或土壤中的提取分离，降低水体或土壤中的重金属含量，并实现材料的回收利用。

在本发明的一些实施方式中，所述多孔炭的形状包括球形、正方体、长方体、圆柱、圆锥、不规则立方体中的任意一种或多种，优选球形。

在本发明的一些实施方式中，所述多孔炭为生物多孔炭。

在本发明的一些实施方式中，所述纳米零价铁的粒径为40～55nm。

在本发明的一些实施方式中，所述磁性多孔炭材料还含有碳化铁(Fe₃C)，所述碳化铁负载于所述多孔炭中。

在本发明的一些实施方式中，所述零价铁和碳化铁在磁性多孔炭材料中的总含量为5％～15％，优选5％～12％，更优选约8％。