[发明专利]一种铁碳缓释材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铁碳缓释材料及其制备方法与应用，铁碳缓释材料包括铁相、二氧化硅、碳和无机耐熔氧化物；铁相为零价铁和三氧化二铁的分散粒子，铁相外表面包覆有二氧化硅，并且包覆有二氧化硅的铁相分布于碳和无机耐熔氧化物的孔隙中和/或其表面上。制备方法包括（1）制备含铁物料；（2）制备含硅物料；（3）将含铁物料、含硅硅料、有机聚合物混合，最后引入载体前体经干燥焙烧后得到铁碳缓释材料。提供的铁碳缓释材料可以实现铁缓慢与碳进行反应，保护铁不被快速氧化，从而可以结合原位催化氧化的方法，对石油烃污染物进行长效修复。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，特别是涉及一种催化氧化用催化材料及制备方法。

背景技术

高级氧化技术（AOPs）可以利用过硫酸盐、过碳酸盐、双氧水和臭氧等氧化剂活化产生的高活性、强氧化性自由基物种，高效的将有机污染物氧化降解，具有反应速率快，氧化能力强，对有机物近乎无选择性和矿化率高等优点。近年来，高级氧化技术在有机污染物废水处理领域得到快速发展。

铁碳材料是进行有机污染物降解的一种材料，具有微电解反应的特点，已在很多场合进行了应用。但是常规铁碳氧化反应存在着铁碳反应剧烈，铁泥大量产生，且需要在酸性条件下才能具有较好的活性，应用受到限制。

铁碳活化过硫酸盐拓宽了pH应用范围，但仍存在着反应剧烈，产生大量铁泥的问题。因此考虑铁缓释和氧化剂缓释两种途径。研究人员采用纳米零价铁、多孔Fe₂O₃颗粒活化过硫酸盐用于有机污染物处理，可以缓慢释放Fe²⁺，从而控制过硫酸盐的活化速度，保证体系持续高效地降解污染物，然而与氧化剂缓释一样都不能解决铁碳内电解产生铁消耗，产生大量铁泥的问题。铁泥产生会堵塞水流通道，且催化剂更换比较困难，因此需要缓释材料具有长效活性。

缓释技术最早是应用于医学领域的药物研发，现在得到广泛关注后，逐渐应用在环境领域对土壤和地下水污染进行处理，同时取得了良好的修复效果，由此衍生出了进行污染修复的缓释剂。但大多是进行氧化剂的缓释，对铁的缓释研究较少。

CN108675431A公开了一种低温热解金属有机框架(MOF)制备多孔碳包覆磁性纳米铁水处理复合材料的方法及其在水处理中的应用方法。本发明先利用尿素制备出石墨相氮化碳(g-C₃N₄)，随后与含铁MOF原位耦合，最后在惰性氛围中低温热解制得多孔碳包覆磁性纳米铁水处理复合材料。本发明所得的复合材料中铁元素主要以零价铁和γ-Fe₂O₃的形式存在于多孔碳内部，磁学性能优良，易于磁性分离。但该方法制备的产品铁碳接触紧密，易造成铁离子流失，不适用于铁碳反应。

CN108690625A公开了一种用于处理土壤中持久性卤代烃的缓释复合修复药剂及其制备方法。制备方法包括1)制备菌液饱和黑炭；2)制备含刺槐豆胶和有机碳源的胶状溶液A；3)制备含刺槐豆胶、有机碳源、纳米级零价金属和菌液饱和黑炭的胶状悬浊液B；4)交联反应2～6h；5)延时交联反应2～6h，得到一种用于处理土壤中持久性卤代烃的缓释复合修复药剂。该发明并未涉及铁碳反应。

CN201910067630.3一种用于土壤重金属治理的功能性缓释微胶囊的制备与应用，公开了在一定条件下，以微晶纤维素为原料，海藻酸钠为粘合剂，CaCl₂为固化液，纳米零价铁（nZⅥ）为芯材，制备缓释微胶囊，用于土壤重金属污染治理。该发明使用缓释剂包裹纳米零价铁，反应速率难以控制。

CN201910373586.9公开了一种新型的基于樱桃核的生物质铁碳复合材料。将樱桃核粉末与无水FeCl₃混合均匀，在惰性气氛下高温煅烧，Fe³⁺可以利用其氧化性活化樱桃核粉，本身被还原为铁纳米颗粒负载到樱桃核粉生物质活性炭上，将该材料用于催化活化过硫酸钠产生活性自由基降解内分泌干扰物双酚A。该发明以常规方法将铁引入，并未涉及缓释处理