[发明专利]用于活化过一硫酸盐处理氯苯污染水体的生物质炭包覆纳米零价铁复合材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于活化过一硫酸盐处理氯苯污染水体的生物质炭包覆纳米零价铁复合材料及其制备和应用，制备方法为取硝酸铁和聚乙二醇溶于水中，搅拌，得到含有硝酸铁和聚乙二醇的溶液；将溶液pH调至11，继续搅拌；将秸秆加入溶液中，搅拌；置于水热釜中，于220℃加热10h后离心，利用水和无水乙醇分别洗涤若干次；所得物干燥后置于管式炉中，在氮气氛围下于800℃煅烧2h，即得生物质炭包覆纳米零价铁复合材料。所述复合材料活化过一硫酸盐性能优异、稳定性高、可回收重复利用、适用pH范围宽(3.0‑11.0)，在氯苯等氯代有机污染地表水或地下水等水体修复方面均具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于有机污染水体高级氧化处理技术领域，涉及一种用于活化过一硫酸盐处理氯苯污染水体的材料，尤其涉及一种用于活化过一硫酸盐处理氯苯污染水体的生物质炭包覆纳米零价铁复合材料及其制备和应用。

背景技术

过一硫酸盐因其被活化后产生的硫酸根自由基和羟基自由基等高活性物质，可高效降解有机污染物，从而得到学界的广泛关注，其中过一硫酸盐的高效活化技术研发成为核心关注方向。PMS有多种活化方式，主要包括光、热、碱、超声、过渡金属离子等均相活化和零价金属、金属氧化物、碳材料等异相活化。其中，大量研究表明纳米零价铁为高效的环境友好型异相活化剂，但是其固有的强磁性、高比表面积和高反应活性使其易团聚、易与水或氧气发生反应而钝化，最终致使其稳定性大幅降低，不利于实际应用。已有研究指出碳基材料负载可有效分散纳米零价铁颗粒，从而抑制其团聚并提高复合材料的反应活性。众多碳基材料引起了学者的研究兴趣，主要包括石墨烯、碳纳米管、生物质炭等。其中由于来源广泛、成本低廉并可实现废弃物资源再利用等优势，以秸秆等农业废弃物、木屑等林业废弃物、造纸碱浆和赤泥等工业废弃物、市政污泥等为碳源的生物质炭成为纳米零价铁负载碳材料研发领域的热点方向。生物质炭的制备方法主要包括煅烧裂解法和水热法，纳米零价铁-碳复合材料的传统制备策略为预先采用煅烧裂解法制备生物质炭，然后利用硼氢化钾等强还原剂的液相还原法在生物质炭表面沉积纳米零价铁。该制备策略主要利用煅烧法制备生物质炭的多孔结构分散纳米零价铁颗粒，但是该种方法制备的复合材料中纳米零价铁通过沉积作用分布于碳载体表面，生物质炭与纳米零价铁之间的作用力较弱，纳米零价铁仍易被氧化并在水溶液中溶出，其稳定性还有待提高。并且该种制备方法操作繁琐、硼氢化钾具有强刺激性和腐蚀性、纳米零价铁制备过程中产生的大量氢气大幅提高危险系数，基于此，该种制备工艺不适合大规模生成及推广应用。因此，亟需研发绿色、简易和易规模化的方法制备高效稳定的纳米零价铁-生物质炭复合材料，作为过一硫酸盐的高活性和高稳定性的异相活化剂。

发明内容

本发明针对传统基于液相还原沉积法制备的生物质炭表面负载纳米零价铁复合材料工艺操作复杂、危险系数较高、纳米零价铁稳定性不足等技术瓶颈，提供一种生物质炭包覆纳米零价铁复合材料的制备方法，并应用该复合材料活化过一硫酸盐降解工业污染场地地下水中的典型污染物氯苯。

为实现上述目的，本发明提供一种用于活化过一硫酸盐处理氯苯污染水体的生物质炭包覆纳米零价铁复合材料的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：步骤一、取硝酸铁和聚乙二醇溶于超纯水中，搅拌10min，得到含有硝酸铁和聚乙二醇的溶液；步骤二、将步骤一所得溶液pH调至11，继续搅拌；步骤三、将秸秆加入步骤二所得溶液中，搅拌；步骤四、将步骤三所得混合溶液置于水热釜中，于220℃加热10h后离心，利用超纯水和无水乙醇分别洗涤若干次；步骤五、将步骤四中所得物干燥后置于管式炉中，在氮气氛围下于800℃煅烧2h，即得生物质炭包覆纳米零价铁复合材料。

进一步，本发明提供一种生物质炭包覆纳米零价铁复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一的含有硝酸铁和聚乙二醇的溶液中，硝酸铁和聚乙二醇的浓度分别为0.2mol/L和30g/L。

进一步，本发明提供一种生物质炭包覆纳米零价铁复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，秸秆浓度为100g/L。

进一步，本发明提供一种生物质炭包覆纳米零价铁复合材料的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述秸秆为水稻秸秆。