[发明专利]一种高介导草酸还原铬的碳包覆铁氧化物的制备及应用

说明书

本发明涉及一种高介导草酸还原铬的碳包覆铁氧化物的制备及应用，属于环境材料技术领域。该材料的制备是通过铁氧化细菌合成铁基次生矿物的基础上通过添加聚乙烯醇(PVA)进行修饰,培养一段时间后，经过过滤烘干，碾磨成粉末，最后700℃惰性气体氛围下煅烧2h,降温至室温后取出，通入氮气密封保，即可获得。碳包覆铁氧化物在0.75g/L的剂量下能够高效介导草酸(4mM)在90分钟内实现六价铬(Cr(VI)，40mg/L)近100％的去除，且在较宽的pH范围内和不同盐离子浓度，不同水体中也都表现出优异的Cr(VI)去除效果。该碳包覆铁氧化物原料来源广、合成简单、成本低廉，可工业化大规模制备，其特点主要是能在短时间内高效的介导草酸实现对Cr(VI)的去除。因此该碳包覆铁氧化物材料在去除重金属污染水体中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，涉及一种高介导草酸还原铬的碳包覆铁氧化物的制备及应用。

技术背景

铬在各个现代工业中得到了广泛使用，如电镀、皮革鞣制和油漆制造等。然而，六价铬(Cr(VI))作为一种具有致癌、致突变和致畸特性的游离型阴离子，已被列入超级基金国家优先清单的20种优先危险物质中。传统修复Cr(VI)污染的方法包括生物还原、化学沉淀和光催化还原，都是将Cr(VI)转化为毒性较小且流动性较低的Cr(III)。然而，这些方法伴随着各种缺点，如还原周期长、二次污染和需消耗额外的能源，限制了大规模应用。因此，迫切需要开发一些有效和环境友好的方法来克服这些缺点。

草酸(OA)广泛分布于土壤和地下水中是由于微生物代谢分解和植物根系分泌。此外，OA通常用作工业清洗剂、土壤洗脱剂、媒染剂和鞣剂，并且在许多的工业废水中经常与Cr(VI)一起排放。此前已有研究报道表明，针铁矿、氧化铝、粘土矿物等可用于缩短OA还原Cr(VI)的时间，但是其处理时间还是比较长，因此在实际的工业铬废水处理中仍然是不可行的。

近年来，碳基材料在重金属污染的修复中受到广泛关注。由于其具有多个含氧官能团、大的比表面积和孔结构，它经常在修复Cr(VI)污染时，作为吸附剂、电子供体、电子受体、电子穿梭或光催化剂。值得注意的是，据报道，在高热处理温度下生产的生物炭具有作为电子穿梭机的高电导率，在低分子量有机酸存在下加速了Cr(VI)的还原速率。通过纯生物炭促进低分子量有机酸还原Cr(VI)是可行的，但该过程受限于低动力学。因此，有必要对碳基材料进行改性，以提高Cr(VI)的还原效率。

碳基材料通常通过掺杂一些过渡金属，如铁，以提高其导电性和电子转移，但表面改性不可避免地导致大量铁离子的浸出。Schwertmannite(Sch,Fe₈O₈(OH)_x(SO₄)_y(1≤y≤1.75and x+2y＝8))，可由化学法或氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁离子形成。通过生物合成的施氏矿物比化学合成的更绿色、更简单。一些无机和有机物质可以很容易地掺杂来调节生物合成的施氏矿物形态和结构。有趣的是，表面活性剂可以吸附在矿物颗粒表面以调节生物合成施氏矿物的形成，从而形成复合物。并且该复合材料可以被煅烧以产生碳包覆的均匀分布的氧化铁。引入的聚乙烯醇(PVA)可以改变氧化亚铁硫杆菌矿化过程中施氏矿物的形态和结构。将聚乙烯醇改性的施式矿物(Sch-PVA)进一步煅烧，得到的神经网络状-碳包覆铁氧化物(C-2.0-Sch-PVA)。C-2.0-Sch-PVA，具有独特的碳包覆氧化铁结构、高比表面积、更多的含氧集团和更高的导电性，有效的增强了OA对Cr(VI)的还原。

发明内容

针对以上的技术问题，本发明的目的在于提供一种高介导草酸还原铬的碳包覆铁氧化物。

本发明的另一目的在于提供一种高介导草酸还原铬的碳包覆铁氧化物的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一种高介导草酸还原铬的碳包覆铁氧化物的应用。

一种高介导草酸还原铬的碳包覆铁氧化物的制备及应用其包括以下步骤：