一种铁、环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铁、环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法，本发明专利技术通过将β‑环糊精、铁引入到生物炭的表面，得到的铁、β‑环糊精共修饰生物炭复合材料，该材料具有良好的吸附性能和催化降解性能，对有机物污染物和重金属同时具有吸附和催化降解性能，铁、β‑环糊精共修饰生物炭一方面提高了材料的水溶性，另一方面，增加了材料的活性位点，使吸附性能和催化降解性能大大提高。

A preparation method of iron-cyclodextrin co-modified Biocharcoal Composites

The invention relates to a preparation method of iron and cyclodextrin co-modified biochar composite material. By introducing beta cyclodextrin and iron into the surface of biochar, the iron and beta cyclodextrin co-modified biochar composite material is obtained. The material has good adsorption and catalytic degradation performance, and has both adsorption and catalytic degradation performance for organic pollutants and heavy metals. Iron and beta cyclodextrin co-modifying biochar not only improves the water solubility of the material, but also increases the active sites of the material, which greatly improves the adsorption and catalytic degradation performance.

【技术实现步骤摘要】
一种铁、环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种铁、环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法，属于材料合成

技术介绍
水体污染主要划分为化学污染、物理污染和生物污染三大方面，其中化学污染物质主要来自于生活污水和工业废水，具有成分复杂、污染范围广、治理困难的特点。目前，化学污染物的主要成分是无机有毒物质(如有铜、钡、铬、硒、钒等重金属)，有机有毒物质(如各种有机农药、多环芳烃、酚类,染料等)，需氧污染物质(如生活污水、牲畜污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素和酚等有机物质)等多种污染源。寻找原料廉价、制备工艺简单的污染物治理材料是目前最具活力的研究领域之一。随着污染治理的推进，“以废治废”的概念逐渐得到认可，碳材料尤其是生物炭材料在污染治理方面发挥了巨大的潜能。生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或者绝氧环境中，经高温热裂解后生成的疏松多孔固态产物，具有孔隙率高、比表面积大等特点，因而生物炭的来源广(例如秸秆、木材、竹子等)并且生产制备简单，然而，生物炭对水体中重金属的吸附主要为物理吸附，吸附能力有限。绿色、环境友好的表面修饰剂β-环糊精(β-CDs)正得到广泛的关注。作为第二代超分子代表的β-CDs是由7个D-吡喃葡萄糖单元生成的一种环状低聚糖，各葡萄糖单元均以1，4-糖苷键结合成略呈锥形的圆环，并呈现“中心空腔疏水，外缘亲水”的特殊性质，但他的疏水区域及催化活性有限，使其在应用上受到一定限制。将环糊精修饰到其他材料的表面，可以提高材料的水溶性、生物相容性，从而进一步改善材料的物理化学性质，因而在环境治理、类酶催化、生物探针等领域得到广泛的应用，应用前景巨大。但生物炭与β-环糊精有个共同的缺点，生物炭与β-环糊精上缺乏催化降解的位点，无法对有机物进行催化降解，导致吸附到生物炭/环糊精材料表面的有机物污染物堵塞孔道、孔隙，严重阻碍了生物炭/环糊精的吸附处理效果，并严重影响重复使用效果。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种铁、环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法，本专利技术通过将β-环糊精、铁引入到生物炭的表面，得到的铁、β-环糊精共修饰生物炭复合材料，该材料具有良好的吸附性能和催化降解性能，对有机物污染物和重金属同时具有吸附和催化降解性能，铁、β-环糊精共修饰生物炭一方面提高了材料的水溶性，另一方面，增加了材料的活性位点，使吸附性能和催化降解性能大大提高。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种铁、环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法，包括步骤如下：(1)将铁盐、环糊精、生物炭、柠檬酸钠加入到溶剂中，调节体系pH至8-11，搅拌反应0.5～10h，铁盐与环糊精的质量比为：(0.1～20)：(0.1～60)，铁盐与生物炭的质量比为：(0.1～20)：(0.1～60)，铁盐与柠檬酸钠的质量比：(0.1～20)：(0.1～20)，铁盐与溶剂的质量体积比为：(0.1～20)：(20～1000)，单位：g/mL；(2)反应后移至高压釜中，在温度80～180℃，压力0.1MPa～1.6MPa下反应1～48h，反应得到的黑色固体分别用去离子水、无水乙醇清洗，干燥后得到铁、β-环糊精共修饰生物炭复合材料。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的铁盐为六水合氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或柠檬酸铁。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的铁盐为六水合氯化铁。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的环糊精为α-环糊精、β-环糊精或γ-环糊精。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的环糊精为β-环糊精。作为本专利技术优选的一个技术方案，铁盐与β-环糊精的质量比为：(0.5～15)：(0.1～30)，优选的，铁盐与β-环糊精的质量比为：(2～10)：(2～10)。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的生物炭为污泥生物炭、畜禽粪便生物炭、木质生物炭、秸秆、壳类生物炭或竹炭。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的生物炭为竹炭。作为本专利技术优选的一个技术方案，铁盐与生物炭的质量比为：(0.5～15)：(0.1～30)，优选的，铁盐与生物炭的质量比为：(2～10)：(2～10)。作为本专利技术优选的一个技术方案，铁盐与柠檬酸钠的质量比为：(0.5～15)：(0.1～5)，优选的，铁盐与柠檬酸钠的质量比为：(2～6)：(1～3)。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的溶剂为水或醇类溶剂，所述的醇类溶剂为2个羟基以上的醇类溶剂，进一步优选的，所述的醇类物质选自乙二醇、二乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、甘油、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二醇中的一种或两种以上的混合物。作为本专利技术优选的一个技术方案，所述的溶剂为水。作为本专利技术优选的一个技术方案，铁盐与溶剂的质量体积比为：(0.1～20)：(20～500)g/mL；最为优选的，铁盐与溶剂的质量体积比为：(0.1～10)：200，单位：g/mL。作为本专利技术优选的一个技术方案，步骤(1)中反应时间为0.5～10h，进一步优选的，步骤(1)中反应时间为1～3h，步骤(1)中反应时间为1.5h。作为本专利技术优选的一个技术方案，步骤(1)中利用氨水调节体系pH至8-11，最优pH为10。作为本专利技术优选的一个技术方案，步骤(2)中反应时间为1～48h，进一步优选的，步骤(2)中反应时间为20～30h，最为优选的，步骤(2)中反应时间为24h。作为本专利技术优选的一个技术方案，步骤(2)中反应温度为80～180℃，优选的，步骤(2)中反应温度为80～120℃，最为优选的，步骤(2)中反应温度为100℃。作为本专利技术优选的一个技术方案，步骤(2)中所述的干燥为置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为50～70℃，干燥时间10～20h。本专利技术优选的一个技术方案，一种铁、环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法，包括步骤如下：(1)将铁盐、环糊精、生物炭、柠檬酸钠加入到水中，利用氨水调节溶液的pH至10，搅拌反应1～3h，铁盐与β-环糊精的质量比为：(0.5～15)：(0.1～30)，铁盐与竹炭的质量比为：(0.5～15)：(0.1～30)，铁盐与柠檬酸钠的质量比：(0.5～15)：(0.1～5)，铁盐与溶剂的质量体积比为：(0.1～10)：200，单位g/mL。(2)反应后移至高压釜中，在温度80～180℃，压力0.5MPa～1.0MPa下反应1～48h，反应得到的黑色固体分别用去离子水、无水乙醇清洗，干燥后得到铁、β-环糊精共修饰生物炭复合材料。本专利技术所用原料及设备均为现有技术。本专利技术的技术特点及优点如下：1、本专利技术采用的竹炭，为生物炭的一种，具有大的孔结构和较高的比表面积，能够吸附金属离子和β-环糊精到竹炭表面，竹炭表面的羧基类和羟基类集团可以和竹炭表面的羟基形成氢键，使环糊精和金属离子能牢固的修饰在竹炭表面，然后在高压水热条件下，增加了环糊精和金属离子的结晶性，使环糊精和金属离子与生物炭结合更牢固，不容易脱嵌。2、本专利技术采用金属离子和β-环糊精共同修饰生物炭，赋予生物炭对有机物污染物和重金属同时具有吸附和催化降解性能，金属离子尤其是铁离子，一是对β-环糊精和生物炭的空腔进一步扩孔，进一步增大了吸附性能，二是在β-环糊精和生物炭上增加催化降解的活性位点，使其催化降解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁、β‑环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法，包括步骤如下：(1)将铁盐、环糊精、生物炭、柠檬酸钠加入到溶剂中，调节体系pH至8‑11，搅拌反应0.5～10h，铁盐与环糊精的质量比为：(0.1～20)：(0.1～60)，铁盐与生物炭的质量比为：(0.1～20)：(0.1～60)，铁盐与柠檬酸钠的质量比：(0.1～20)：(0.1～20)，铁盐与溶剂的质量体积比为：(0.1～20)：(20～1000)，单位：g/mL；(2)反应后移至高压釜中，在温度80～180℃，压力0.1MPa～1.6MPa下反应1～48h，反应得到的黑色固体分别用去离子水、无水乙醇清洗，干燥后得到铁、β‑环糊精共修饰生物炭复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种铁、β-环糊精共修饰生物炭复合材料的制备方法，包括步骤如下：(1)将铁盐、环糊精、生物炭、柠檬酸钠加入到溶剂中，调节体系pH至8-11，搅拌反应0.5～10h，铁盐与环糊精的质量比为：(0.1～20)：(0.1～60)，铁盐与生物炭的质量比为：(0.1～20)：(0.1～60)，铁盐与柠檬酸钠的质量比：(0.1～20)：(0.1～20)，铁盐与溶剂的质量体积比为：(0.1～20)：(20～1000)，单位：g/mL；(2)反应后移至高压釜中，在温度80～180℃，压力0.1MPa～1.6MPa下反应1～48h，反应得到的黑色固体分别用去离子水、无水乙醇清洗，干燥后得到铁、β-环糊精共修饰生物炭复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的铁盐为六水合氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或柠檬酸铁，优选的，所述的铁盐为六水合氯化铁，所述的环糊精为α-环糊精、β-环糊精或γ-环糊精，优选的，所述的环糊精为β-环糊精。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铁盐与β-环糊精的质量比为：(0.5～15)：(0.1～30)，优选的，铁盐与β-环糊精的质量比为：(2～10)：(2～10)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的生物炭为污泥生物炭、畜禽粪便生物炭、木质生物炭、秸秆、壳类生物炭或竹炭，优选的，所述的生物炭为竹炭，铁盐与生物炭的质量比为：(0.5～15)：(0.1～30)，优选的，铁盐与生物炭的质量比为：(2～10)：(2～10)，铁盐与柠檬酸钠的质量比为：(0.5～15)：(0.1～5)，优选的，铁盐与柠檬酸钠的质量比为：(2～6)：(1～3)。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的溶剂为水或醇类溶剂，所述的醇类溶剂为2个羟基以上的醇类溶剂，进一步优选的，所述的醇类物质选自乙二醇、二乙二醇、1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：占金华，周晓君，孔令帅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37