[发明专利]一种生物炭负载铁基纳米改性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种修复Cr(Ⅵ)复合重金属污染地下水的生物炭负载铁基纳米改性材料及其制备方法和应用。所述材料包括对生物炭负载纳米零价铁进行改性，所述生物炭负载纳米零价铁通过碳热法制得。本发明通过碳热法制得生物炭负载纳米零价铁，避免了传统液相还原法使用高成本、高毒性的强还原剂，并且改性后的材料对Cr(Ⅵ)的去除率，可用于含铬废水的处理及铬污染地下水的修复，尤其适用于复合重金属污染物地下水中Cr(Ⅵ)的去除。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种生物炭负载铁基纳米改性材料及其制备方法和应用。

背景技术

Cr(Ⅵ)由于其化合物被广泛应用于皮革制革、电镀和不锈钢生产等工业过程中，这些行业排放的含铬废水下渗，以及含铬废物堆存过程中受雨水淋滤产生的渗滤液下渗等，造成部分地块地下水Cr(Ⅵ)含量超标，严重威胁到生态环境及人体健康，因此地下水Cr(Ⅵ)污染问题亟待解决，地下水Cr(Ⅵ)污染修复技术一直备受关注。

目前常用的地下水Cr(Ⅵ)污染修复技术有泵出处理技术、渗透反应墙技术、原位注入还原技术等。泵出处理技术是指在地下水污染下游通过抽提井抽出污染的地下水，抽至地面通过常规的水处理至达标。泵出处理技术前期修复效率较高，但存在拖尾现象，存在处理时间长、难以达标以及成本高等问题。渗透反应墙技术通常是在地下水污染下游挖槽、注入反应材料构建活性反应墙，污染地下水流经反应墙后处理达标；原位注入还原技术是通过注入井在地下水污染区域注入活性反应材料，直接将地下水污染物进行降解反应。后两种地下水修复技术的关键是合适的活性反应材料。

纳米零价铁(nZVI)是目前地下水Cr(Ⅵ)修复的常见反应材料，其具有更大的比较面积、表面能、反应活性和还原性能。但nZVI有易团聚、易钝化、易流失等不足，使其在地下水原位修复和储存等方面上依然存在局限性。

CN110064369公开了一种生物炭负载纳米金属颗粒的制备方法及其应用，其制备方法主要包括：将生物质粉末与氢氧化钙粉末按照质量比2-5:1混合、干燥后在500-700℃下煅烧得到负载钙生物炭；将负载钙生物炭与FeSO₄·7H₂O在三口烧瓶中混合，并向混合液中滴加NaBH₄在40kHz下超声处理30-50min，使负载钙的生物炭负载纳米铁；继续向混合液中滴加NiSO₄·6H₂O，得到生物炭负载钙及负载纳米铁镍复合金属材料。该发明得到的纳米材料活性高，且负载在生物炭上纳米铁镍不易团聚，但其采用热解-液相还原方法进行制备，需要使用高成本、高毒性的NaBH₄进行还原，不利于大规模应用。

CN111266572A公开了一种铁铜双金属负载硫化亚铁复合材料、其制备方法及用途。所述制备方法中主要包括以下步骤：将铜盐溶液与铁粉进行混合铜元素与铁元素摩尔比为0.04～0.07:1，然后与碱金属硫化盐溶液进行二次混合硫元素与铁元素摩尔比为0.05～0.08:1，得到铁铜双金属负载硫化亚铁复合材料。该专利利用铁铜双金属的同时进行改性，增加了零价铁的利用率，但该材料存在钝化层的形成较快，且在实际应用过程中由于Fe(OH)₃、Cr(OH)₃在还原铁粉表面的沉积导致Fe0板结，影响反应材料的渗透性能，从而影响其在地下水原位修复中的应用。

因此，开发一种成本低、渗透性好、表面积大、不易团聚、稳定且长效、除Cr(Ⅵ)率高的反应材料是非常必要的。

发明内容

为克服以上技术问题，本发明提供了一种生物炭负载铁基纳米改性材料及其制备方法和应用。可用于含铬废水的处理及铬污染地下水的修复，尤其适用于复合重金属污染物地下水中Cr(Ⅵ)的去除。

为实现以上目的，本发明提供的技术方案如下：