[发明专利]一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用。该方法包括松树树皮，烘干，粉碎，高温炭化；对生物炭进行酸化；将超纯水在惰性气体氛围下曝气，搅拌下，加入FeSO₄·7H₂O，加入改性后的生物炭，加入NaBH₄，进行还原反应，加入Na₂S进行硫化反应。本发明先通过粉碎生物炭的前驱体使其炭化后的生物炭粒径更小，达到微米级，再负载纳米零价铁，最后对其硫化，让制备获得的复合材料的硫化纳米零价铁负载量得到有效提高，进一步提高了复合材料对TCE的去除效率，可用于处理和修复三氯乙烯污染的地下水环境，此外该材料与普通纳米零价铁相比，和水反应性更弱，增加了材料的长效性。

技术领域

本发明属于生物炭载硫化纳米零价铁材料技术领域，具体涉及一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

三氯乙烯（trichloroethylene，TCE）是一种用途广泛的有机氯产品，作为一种常见的化学用品，广泛应用于许多工业、农业和医药行业中。三氯乙烯作为一种由优良的溶剂，可以用作树脂、沥青、醋酸纤维素、硝化纤维素和涂料的溶剂，也可以用作金属脱脂和羊毛及织物的干洗剂。在医药上，三氯乙烯可以用作麻醉剂，农药上，三氯乙烯可以用作合成一氯醋酸。

由于工业上广泛应用及其所具有的挥发性造成TCE 大量进入到环境中，严重污染了大气、地下水和土壤。对我国城市河水及浅层地下水造成了污染。另一方面，TCE与人体和生物体长期接触，会引发内脏和皮肤的受损，还会导致癌症的可能。TCE作为持久性有机污染物，严重危害着人类赖以生存的美好环境。所以对于TCE的去除刻不容缓。全时间每年有不少团队和科研工作者们探究了去除TCE的路径，许多用于去除TCE的技术包括物理、化学和生物学方法。但是如何高效，低成本和没有二次污染的去除TCE一直是大家关心和等待解决的问题。

零价铁(zero valent iron，ZVI)作为一种绿色、经济的环境修复技术，在有机及重金属污染的土壤/地下水治理中备受青睐。纳米零价铁技术(nZVI)比普通的零价铁具有更大的比表面积和极高的还原活性，是当前环境修复领域的热点。特别是对于TCE 等结构稳定的氯代烃有机物，在普通ZVI活性有限的情况下，nZVI的应用更显优势。但nZVI单独使用易产生团聚现象，因此很多研究者将 nZVI负载到多孔性载体上，以此来解决易团聚的问题。常用的纳米零价铁(nZVI)载体包括天然膨润土、高岭土、沸石和生物炭等。

生物炭含有丰富的表面含氧官能团及较发达的孔隙结构，对重金属和有机污染物有较强的吸附能力; 其作为土壤添加剂还能改善土壤生态环境，促进微生物对土壤中有机污染物的降解，因此是一种极有应用前景的环境修复材料。近年来，以生物炭为载体制备的nZVI 和nZVI复合材料(BC/nZVI)引起了研究者的关注。有研究者发现 BC/nZVI吸附剂能通过吸附和还原降解作用实现对废水中多种重金属、磷和甲基蓝的同时去除。有的研究者制备的 BC/nZVI 材料能快速去除水中的五氯酚，且生物炭能阻止n-ZVI表面铁氧化物膜的形成，保持nZVI的还原活性。有的研究者以BC/n-ZVI为添加剂活化过硫酸盐氧化地下水中三氯乙烯，结果证实BC/nZVI的活化性能明显优于nZVI。由此可见，BC/ nZVI 兼具了nZVI 的还原活性和生物炭的吸附性能，是一种新型的复合型环境功能材料。这些方法让nZVI负载绿色生物炭获得了巨大的利益。富含碳和生物炭多孔结构材料的固体产品转换生物质在没有或有限的氧气，已经被证明是一种有效的环境修复方法。生物炭已经成功地被利用稳定nZVI和控制nZVI的聚合，从而提高他们在环境修复的稳定性。