一种针状Fe‑Mn‑S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法，涉及一种多孔生物炭复合材料的制备方法。是要解决现有的Fe‑Mn二元纳米材料容易发生团聚，对重金属吸附量低的问题。方法：一、将生物质材料进行热解碳化；二、将热解碳化后的多孔生物炭材料进行亲水化处理；三、将具有亲水性的多孔生物炭材料加入铁盐水溶液中搅拌，滴加锰化物溶液和硫化物溶液搅拌，随后加入弱碱性溶液搅拌，最后进行水热反应，干燥，得到三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料。针状Fe‑Mn‑S三元纳米材料负载在生物炭材料表面降低了三元纳米材料分子间的相互作用，减少了纳米粒子聚集，提高三元纳米粒子的分散性。本发明专利技术用于生物炭复合材料领域。
【技术实现步骤摘要】
一种针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种多孔生物炭复合材料的制备方法。
技术介绍
Fe-Mn二元纳米材料广泛存在于自然环境中。将Fe-Mn二元氧化物用于污水处理已经研究广泛。一些铁硫化物如FeS和FeS2对污水中重金属具有高的亲和力，因此被认为是污水中重金属吸附的优良材料。Fe-Mn和Fe-S二元纳米材料均具有独特的理化性质，由于易团聚，形貌不可控，严重限制了其在环境中发挥有效作用。目前，为了防止纳米离子团聚的支撑体材料大多数为惰性多孔材料，比如有机聚合物、沸石、介孔二氧化硅、多孔碳、石墨烯等。但是活性炭及石墨烯基碳材料由于价格昂贵，无形中提高了材料生产的成本。现有的Fe-Mn二元纳米材料容易发生团聚，导致其对重金属的吸附量也较低。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的Fe-Mn二元纳米材料容易发生团聚，对重金属吸附量低的问题，提供一种针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法。本专利技术针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：一、将生物质材料进行热解碳化；对生物质材料进行裁剪，并用蒸馏水洗涤3次～10次，烘干后粉碎，过20目筛～100目筛，得到生物质材料细碎粉末；将生物质材料细碎粉末与金属盐混合研磨得到混合物，将得到的混合物放置在管式炉内进行碳化，向管式炉内通入保护气体，加热升温至700～900℃进行热解，热解时间为1～3h，得到热解碳化后的多孔生物炭材料；其中生物质材料细碎粉末与金属盐的质量比为(1～5):(1～5)；二、将热解碳化后的多孔生物炭材料进行亲水化处理：将热解碳化后的多孔生物炭材料置于强酸溶液中静置1～3h，然后用蒸馏水反复清洗至中性，干燥后再浸入具有氧化性的酸性溶液中，于55℃～65℃的水浴条件下保持7～10h，取出再次用蒸馏水反复冲洗至中性，干燥后得到具有亲水性的多孔生物炭材料；三、将具有亲水性的多孔生物炭材料加入铁盐水溶液中，在惰性气体保护条件下搅拌0.5～2h，随后同时滴加锰化物溶液和硫化物溶液，继续搅拌1～4h，随后加入弱碱性溶液继续搅拌1～3h，最后将混合液装入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，进行水热反应，最后在55～65℃的条件下真空干燥，得到针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料；其中锰化物溶液的浓度为0.001～0.05mol·L-1，硫化物溶液的浓度为0.001～0.07mol·L-1，弱碱性溶液的浓度为0.01～0.1mol·L-1，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与铁盐水溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(50～150)mL，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与锰化物溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(30～70)mL，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与硫化物溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(30～70)mL。进一步的，步骤一中所述的生物质材料为桉树叶、玉米秸秆、锯末、竹竿中的一种或几种的混合物。进一步的，步骤一中所述的金属盐为KHCO3、NaHCO3、K2CO3、Na2CO3的一种或几种的混合物。进一步的，步骤一中保护气体为氮气或氩气。进一步的，步骤一中加热的升温速率为8～12℃·min-1。进一步的，步骤二所述的具有氧化性的酸性溶液为(NH4)2S2O8和H2SO4按摩尔比(1～5):(1～10)组成的混合溶液。进一步的，步骤三中所述的铁盐水溶液为二价铁和三价铁的混合溶液。二价铁为FeSO4·7H2O、FeCl2或Fe(NO3)2；三价铁为FeCl3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O或Fe2(SO4)3。进一步的，铁盐水溶液中二价铁的浓度为0.0005～0.005mol·L-1；三价铁的浓度为0.001～0.05mol·L-1。进一步的，步骤三中所述的惰性气体为氮气或氩气。进一步的，步骤三中所述的锰化物为MnCl2·2H2O或MnSO4·H2O；硫化物为Na2S·9H2O或K2S。进一步的，步骤三中所述的弱碱性溶液为尿素溶液或氨水溶液。进一步的，步骤三中水热反应的温度为110～130℃，反应时间为10～15h。本专利技术的有益效果：1、本专利技术以来源广泛的农业废弃物-生物质为原料作为复合材料的载体，采用熔盐热解活化与水热法相结合制备得到的针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料，具有较大的比表面积。本专利技术制备的针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的比表面积为183.2m2·g-1。且针状Fe-Mn-S三元纳米材料高度均匀的分散在生物炭材料表面，因此提高了针状Fe-Mn-S三元纳米材料的分散度；2、将生物质材料与金属盐进行热解，在一定程度上对生物质起到了造孔的作用，有利于增大生物炭的比表面积。针状Fe-Mn-S三元纳米材料和生物炭材料的协同复合提高了其在污水环境中的利用效率；针状形貌的Fe-Mn-S三元纳米材料负载在生物炭材料表面降低了Fe-Mn-S三元纳米材料分子间的相互作用，减少了纳米粒子的聚集，生物炭材料稳定技术提高三元纳米粒子的分散性，提高了重金属铅离子与吸附剂材料的相互作用(包括：还原，沉淀，配位络合和吸附)；3、本专利技术制备的针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料移除重金属铅的吸附量为179.44～183.48mg·g-1。4、将Mn(过渡金属)引入含Fe吸附剂中可以有效地改变Fe化学状态，同时与S同时组合可以增强阳离子交换，这对于去除污水中的重金属离子是有意义的。5、本专利技术制备流程简单，载体原料廉价易得，因此适合大批量的合成制备用于污水中重金属离子的移除。附图说明图1为实施例1制备的针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的扫描电镜照片；图2为实施例1制备的针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的透射电镜照片；图3是实施例1制备的针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的XRD谱图；图4为实施例1制备的针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的氮气吸附-脱附谱图。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：一、将生物质材料进行热解碳化；对生物质材料进行裁剪，并用蒸馏水洗涤3次～10次，烘干后粉碎，过20目筛～100目筛，得到生物质材料细碎粉末；将生物质材料细碎粉末与金属盐混合研磨得到混合物，将得到的混合物放置在管式炉内进行碳化，向管式炉内通入保护气体，加热升温至700～900℃进行热解，热解时间为1～3h，得到热解碳化后的多孔生物炭材料；其中生物质材料细碎粉末与金属盐的质量比为(1～5):(1～5)；二、将热解碳化后的多孔生物炭材料进行亲水化处理：将热解碳化后的多孔生物炭材料置于强酸溶液中静置1～3h，然后用蒸馏水反复清洗至中性，干燥后再浸入具有氧化性的酸性溶液中，于55℃～65℃的水浴条件下保持7～10h，取出再次用蒸馏水反复冲洗至中性，干燥后得到具有亲水性的多孔生物炭材料；三、将具有亲水性的多孔生物炭材料加入铁盐水溶液中，在惰性气体保护条件下搅拌0.5～2h，随后同时滴加锰化物溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针状Fe‑Mn‑S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、将生物质材料进行热解碳化；对生物质材料进行裁剪，并用蒸馏水洗涤3次～10次，烘干后粉碎，过20目筛～100目筛，得到生物质材料细碎粉末；将生物质材料细碎粉末与金属盐混合研磨得到混合物，将得到的混合物放置在管式炉内进行碳化，向管式炉内通入保护气体，加热升温至700～900℃进行热解，热解时间为1～3h，得到热解碳化后的多孔生物炭材料；其中生物质材料细碎粉末与金属盐的质量比为(1～5):(1～5)；二、将热解碳化后的多孔生物炭材料进行亲水化处理：将热解碳化后的多孔生物炭材料置于强酸溶液中静置1～3h，然后用蒸馏水反复清洗至中性，干燥后再浸入具有氧化性的酸性溶液中，于55℃～65℃的水浴条件下保持7～10h，取出再次用蒸馏水反复冲洗至中性，干燥后得到具有亲水性的多孔生物炭材料；三、将具有亲水性的多孔生物炭材料加入铁盐水溶液中，在惰性气体保护条件下搅拌0.5～2h，随后同时滴加锰化物溶液和硫化物溶液，继续搅拌1～4h，随后加入弱碱性溶液继续搅拌1～3h，最后将混合液装入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，进行水热反应，最后在55～65℃的条件下真空干燥，得到针状Fe‑Mn‑S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料；其中锰化物溶液的浓度为0.001～0.05mol·L‑1，硫化物溶液的浓度为0.001～0.07mol·L‑1，弱碱性溶液的浓度为0.01～0.1mol·L‑1，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与铁盐水溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(50～150)mL，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与锰化物溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(30～70)mL，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与硫化物溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(30～70)mL。...
【技术特征摘要】
1.一种针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、将生物质材料进行热解碳化；对生物质材料进行裁剪，并用蒸馏水洗涤3次～10次，烘干后粉碎，过20目筛～100目筛，得到生物质材料细碎粉末；将生物质材料细碎粉末与金属盐混合研磨得到混合物，将得到的混合物放置在管式炉内进行碳化，向管式炉内通入保护气体，加热升温至700～900℃进行热解，热解时间为1～3h，得到热解碳化后的多孔生物炭材料；其中生物质材料细碎粉末与金属盐的质量比为(1～5):(1～5)；二、将热解碳化后的多孔生物炭材料进行亲水化处理：将热解碳化后的多孔生物炭材料置于强酸溶液中静置1～3h，然后用蒸馏水反复清洗至中性，干燥后再浸入具有氧化性的酸性溶液中，于55℃～65℃的水浴条件下保持7～10h，取出再次用蒸馏水反复冲洗至中性，干燥后得到具有亲水性的多孔生物炭材料；三、将具有亲水性的多孔生物炭材料加入铁盐水溶液中，在惰性气体保护条件下搅拌0.5～2h，随后同时滴加锰化物溶液和硫化物溶液，继续搅拌1～4h，随后加入弱碱性溶液继续搅拌1～3h，最后将混合液装入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，进行水热反应，最后在55～65℃的条件下真空干燥，得到针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料；其中锰化物溶液的浓度为0.001～0.05mol·L-1，硫化物溶液的浓度为0.001～0.07mol·L-1，弱碱性溶液的浓度为0.01～0.1mol·L-1，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与铁盐水溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(50～150)mL，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与锰化物溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(30～70)mL，具有亲水性的多孔生物炭材料的质量与硫化物溶液的体积比为(0.05～0.5)g：(30～70)mL。2.根据权利要求1所述的一种针状Fe-Mn-S三元纳米材料负载多孔生物炭复合材料的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，张帅帅，宋景鹏，杜庆，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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