[发明专利]一种低温铁炭复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于铁炭复合材料技术领域，具体公开了一种低温铁炭复合材料及其制备方法与应用。本发明通过将生物质废物与铁盐按照特定比例球磨混合，然后进行低温热解，得到低温铁炭复合材料。本发明的制备方法工艺简单，操作简便，能耗低，能制备出具有绿色、高效、靶向特性的催化材料。本发明提供的低温铁炭复合材料能够应用于活化过硫酸盐选择性降解水体有机污染物，并具有优异的催化降解效果，同时具有大规模制备的潜质，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及铁炭复合材料技术领域，尤其涉及一种低温铁炭复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着经济社会的发展，抗生素的滥用、农药的大量使用、各类选矿药剂的使用，造成全球范围内水体有机物污染问题日益严重。水体有机物污染有着不可忽视的危害，是亟待解决的环境问题。目前对于水体中有机物污染的处理主要包括臭氧氧化、光催化、电催化、芬顿反应、过氧化物基高级氧化等手段。

可溶性亚铁盐催化剂是一种低价高效的催化剂，亚铁盐溶解在水溶液中直接产生Fe²⁺，Fe²⁺与氧化剂反应产生活性物种降解有机污染物，然而其在实际应用方面受到了很大的限制。可溶性亚铁盐催化降解有机污染物需要严格控制pH，在强碱性的条件下一般很难发挥催化氧化作用，因此拓宽亚铁盐催化剂的pH应用范围成为了很多研究者关心的问题。此外，大多数材料在应用时对于水体中各类阴离子和天然有机物(腐殖酸)的抗干扰能力弱，当各类阴离子和腐殖酸共存时，材料催化降解有机物的效果会大大降低。因此，需要研发一种对各类阴离子和天然有机物抗干扰能力强，具备靶向性的新材料。

过硫酸盐基于其高级氧化工艺，具备高效去除污染物的效果，铁炭复合材料被认为是良好的过硫酸盐活化剂，其活化过硫酸盐能产生硫酸根自由基、羟基自由基、单线态氧等。一般来说，三价铁活化过硫酸盐的效果不佳。在铁炭复合材料热处理的过程中，铁会被还原成低价态。因此，通过高温热解处理碳质和铁基材料混合物，可获得含低价铁的铁炭复合材料，该材料具备良好的催化性能。由于高温热解耗能大、成本高、产率低，限制了高温制备铁炭复合材料的实际应用。为了降低制备成本，低温条件下制备铁炭复合材料可作为潜在替代方法，但相关尝试较少。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低温铁炭复合材料及其制备方法与应用，本发明解决了可溶性亚铁盐催化剂容易受到pH值、各类阴离子和天然有机物的影响的问题，还解决了铁炭复合材料制备能耗高、成本高、产率低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低温铁炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将生物质与铁盐混合后进行热解，得到低温铁炭复合材料；其中，生物质的粒径为100～200目。

优选的，所述生物质为秸秆、刨花和苎麻中的一种或多种。

优选的，所述铁盐为九水合硝酸铁、六水合氯化铁和硫酸铁中的一种或几种。

优选的，所述生物质与铁盐的质量比为2～5：1。

优选的，所述混合为球磨混合。

优选的，所述球磨混合的转速为300～500rpm，球磨混合的时间为20～60min。

优选的，所述热解的温度为200～300℃，升温速率为2～10℃/min，热解的时间为1～3h。

优选的，所述热解所处气氛为保护气氛。

本发明的另一目的是提供一种由低温铁炭复合材料制备方法制备得到的低温铁炭复合材料。

本发明的再一目的是提供一种低温铁炭复合材料在活化过硫酸盐降解水体有机污染物中的应用。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：