一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备和使用方法，以Fe(III)为磁性前驱物，通过浸渍负载后慢速热解及原位炭还原的方法，将卤虫卵壳制备成为磁性多孔生物炭，可用于去除水中的Cr(VI)和Cr(III)，使用时，将生物炭投放于含铬水中，一定时间后磁性分离或静置沉淀分离吸附剂，完成铬去除，本发明专利技术在水中常见阴离子共存时，仍可获得较高的铬去除率，同时能够重复使用。

Preparation and application of magnetic porous biochar for removing chromium from water

【技术实现步骤摘要】
一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备和使用方法
本专利技术涉及一种用于水中重金属去除的吸附剂，尤其是一种用于铬去除的磁性多孔生物炭，属于水体重金属污染处理技术。
技术介绍
由于铬盐生产、制革、电镀、木材防腐、染料印染及橡胶、陶瓷的工业化生产活动进行，产生了大量的含铬废水，其中铬主要以铬酸盐及重铬酸盐的形式存在。Cr(VI)以通过皮肤接触、呼吸系统和消化系统进入人体，并通过血液运输至肝肾等脏器造成毒性累积，损伤肾功能，引起DNA损伤，导致癌变。Cr(Ⅲ)对水生生物有一定毒性，高剂量下对人体细胞也可能表现出毒性反应。水中铬的去除技术主要包括离子交换法、膜分离法、吸附法、化学沉淀法和光催化法等。吸附法操作简单，在铬去除中已经应用。但由于Cr(VI)和Cr(III)在水中带相反电性的电荷，因此吸附剂对两类铬离子的同步去除效果有待提升。生物炭主要是通过在低氧或无氧环境下高温裂解生物质的方法获得，主要是由芳香烃和单质碳或具有石墨结构的碳组成，与其它合成吸附剂相比成本较低。用磷酸作为活化剂合成芒果核生物炭，对Cr(VI)吸附量为7.8mg/g，用磷酸为活化剂，FeCl3、AlCl3、MnCl2作为协助活化剂合成生物炭，其吸附量增大为24mg/g，以苹果皮为原料合成生物炭，吸附量可达36.01mg/g，但总体上对铬的吸附量不高[1-3]。卤虫卵壳是卤虫通过卵生方式所产休眠卵的外壳，在水产养殖中被作为废物丢弃。卤虫卵壳具有独特的渐缩式孔道结构，其内层孔道为纳米孔，能够促进纳米颗粒分布，具有微孔纳米模板效应；外层孔道为大孔，大大提高了吸附传质效率，具有大孔强化传质效应[4]。对卵壳直接改性或负载纳米颗粒，可以作为分离水中磷酸根及重金属阳离子的吸附剂[4,5]。利用卵壳的特殊孔道结构，可炭化将其制备成超级电容器及其它电化学材料[6-9]，炭化后可改善卵壳在高碱性环境中稳定性。但目前尚无公开的利用卵壳制备生物炭用于水中铬分离的技术。铁元素在处理水体铬污染领域的应用已有许多报道。铁的氧化物对Cr(VI)具有一定吸附能力[10]；铁以阳离子形式负载在载体上有利于提高载体材料的表面电位，促进对水中Cr(VI)的静电吸附[11]；特别是纳米零价铁，已成为近年来除铬的研究热点之一，其对Cr(VI)优异的去除效果可归因于吸附及还原作用[12]。但是纳米零价铁的制备通常需额外使用还原剂，且成品化学性质活泼，易团聚、失活，难回收。参考文献：[1]RAIMK,SHAHIG,MEENAV,etal.RemovalofhexavalentchromiumCr(VI)usingactivatedcarbonpreparedfrommangokernelactivatedwithH3PO4[J].Resource-EfficientTechnologies,2016,2:S63-S70.[2]SUNY,YUEQ,MAOY,etal.Enhancedadsorptionofchromiumontoactivatedcarbonbymicrowave-assistedH3PO4mixedwithFe/Al/Mnactivation[J].JHazardMater,2014,265:191-200.[3]ENNIYAI,RGHIOUIL,JOURANIA.Adsorptionofhexavalentchromiuminaqueoussolutiononactivatedcarbonpreparedfromapplepeels[J].SustainableChemistryandPharmacy,2018,7:9-16.[4]满文苍.载氧化锆生物复合材料的制备及对磷酸盐吸附性能研究[D];燕山大学,2014.[5]夏俊领.锆基生物纳米材料深度净化水中重金属特性研究[D];燕山大学,2015.[6]冉伟.基于卤虫卵壳的碳材料的制备及其超级电容器电化学性能的研究[D];燕山大学,2014.[7]ZHAOY,HEY,HEJ,etal.HierarchicalporousTiO2templatedfromnaturalArtemiacystshellsforphotocatalysisapplications[J].RSCAdv,2014,4(39):20393-7.[8]ZHAOY,RANW,HEJ,etal.High-performanceasymmetricsupercapacitorsbasedonmultilayerMnO2/grapheneoxidenanoflakesandhierarchicalporouscarbonwithenhancedcyclingstability[J].Small,2015,11(11):1310-9.[9]ZHAOY,RANW,HEJ,etal.Oxygen-richhierarchicalporouscarbonderivedfromartemiacystshellswithsuperiorelectrochemicalperformance[J].ACSApplMaterInterfaces,2015,7(2):1132-9.[10]郑超,彭辉婷,杨杰文,等.纳米氧化铁催化柠檬酸还原Cr(Ⅵ)及其土壤环境意义[J].环境化学,2016,(11):2370-6.[11]刘瑞.铁—炭—沸石处理傍河地下水污染[D];辽宁工业大学,2018.[12]邓小强.绿茶提取液合成生物炭负载纳米零价铁修复六价铬污染的地下水[D];太原理工大学,2018。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备和使用方法，采用水产行业废物制备生物炭，能够在共存离子（Cl-、NO3-或SO42-）的干扰下分离水中的Cr(VI)和Cr(III)。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备方法，以Fe(III)为磁性前驱物，通过浸渍负载后慢速热解及原位炭还原的方法，将卤虫卵壳制备成为磁性多孔生物炭。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述生物炭的生物质原料为卤虫卵壳；所述磁性来源于纳米Fe3O4颗粒且前驱物为Fe(III)，纳米Fe3O4颗粒的平均粒径为70nm且均匀分布于孔径为200nm-2μm的微观多级孔道结构中。本专利技术技术方案的进一步改进在于：具体步骤如下：A、将卤虫卵壳用乙醇溶液清洗烘干后，浸渍于FeCl3溶液中，25℃下搅拌24h，过滤取出固体于60℃下烘干；B、将上述烘干后的固体置于管式炉中，通入氮气保护，升温进行慢速热解及原位炭还原；C、将上述热解还原后的材料冷却至室温，研磨后用去离子水清洗去除杂质，60℃下烘干，获得磁性多孔生物炭。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中的FeCl3溶液浓度为1mol/L，卤虫卵壳与FeCl3溶液之比为1g：40mL。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备方法，其特征在于：以Fe(III)为磁性前驱物，通过浸渍负载后慢速热解及原位炭还原的方法，将卤虫卵壳制备成为磁性多孔生物炭。/n

【技术特征摘要】
1.一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备方法，其特征在于：以Fe(III)为磁性前驱物，通过浸渍负载后慢速热解及原位炭还原的方法，将卤虫卵壳制备成为磁性多孔生物炭。


2.根据权利要求1所述的一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备方法，其特征在于：所述生物炭的生物质原料为卤虫卵壳；所述磁性来源于纳米Fe3O4颗粒且前驱物为Fe(III)，纳米Fe3O4颗粒的平均粒径为70nm且均匀分布于孔径为200nm-2μm的微观多级孔道结构中。


3.根据权利要求1或2所述的一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
A、将卤虫卵壳用乙醇溶液清洗烘干后，浸渍于FeCl3溶液中，25℃下搅拌24h，过滤取出固体于60℃下烘干；
B、将上述烘干后的固体置于管式炉中，通入氮气保护，升温进行慢速热解及原位炭还原；
C、将上述热解还原后的材料冷却至室温，研磨后用去离子水清洗去除杂质，60℃下烘干，获得磁性多孔生物炭。


4.根据权利要求3所述的一种去除水中铬的磁性多孔生物炭的制备方法，其特征在于：所述步骤A中的FeCl3溶液浓度为1mol/L，卤虫卵壳与FeCl3溶液之比为1g：40mL。


5.根据权利要求3所述的一种去除水...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙奇娜，刘欣超，贾清川，张庆瑞，韩梦星，牛一卉，李才才，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13