一种吸附活化多功能复合材料及其应用制造技术

一种吸附活化多功能复合材料及其应用，该材料为纳米零价铁/生物炭复合材料，与过硫酸钠组成吸附降解体系。本发明专利技术形成的复合材料活化过硫酸钠体系可以高效吸附水中氯苯，并活化过硫酸钠产生硫酸根自由基、羟基自由基等活性物质，实现氯苯的彻底氧化去除；所述水体为地表水或地下水，适用范围广；所述复合材料为吸附‑活化多功能材料，应用效率高；所述复合材料制备所需原材料成本低廉、环境友好、制备过程简便；所述复合材料活化过硫酸钠吸附‑降解体系在去除水体中氯苯时适用pH范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附活化多功能复合材料及其应用
本专利技术涉及水污染控制
，具体涉及一种复合材料活化过硫酸钠吸附-降解体系去除氯苯的方法及其应用。
技术介绍
氯苯作为合成农药、杀虫剂、药品等化学品的常用化工原料和有机溶剂，具有毒性大、挥发性强、水溶性低、难生物降解等特点，在其生产使用过程中，广泛存在于工业场地的大气、土壤、地下水和地表水等环境中，造成生态环境严重污染。研发高效吸附材料一度成为利用吸附原理去除地表水或地下水中氯苯等有机污染物的研究热点，其中具有丰富孔隙结构和制备原材料来源广泛的生物炭是目前被广泛看好的高效-低成本吸附材料。但是单一依靠吸附作用并不能将污染物彻底去除，仍需后续处理，增加了工艺和污染物去除成本。近年来，基于过硫酸钠的高级氧化技术因可彻底降解水体中有机污染物而迅速发展，过硫酸钠具有稳定性强、水溶性好、活化后所产生的硫酸根自由基反应活性高等优点，该技术被证明能有效去除多种有机污染物，主要包括有机染料(CN106745650A)、有机磷农药(CN106753386A)及内分泌干扰物双酚A(CN109999811A)等，但对氯苯这类污染物去除的应用报道较少。过渡金属铁因无毒及成本低等优点成为过硫酸钠的常用活化剂，而常规铁离子均相活化过硫酸钠的活化效率低、pH应用范围窄。与之相比，纳米零价铁(nanoscalezero-valentiron,nZVI)则具有粒径小、比表面积大、表面活性强等优点，成为过硫酸钠的高效-绿色活化剂。尽管如此，nZVI的易团聚性限制了其广泛应用，而选择合适的负载材料可助于nZVI颗粒的分散，促进其活化过硫酸钠对污染物的氧化降解；并且有机污染物在地表水或地下水迁移过程中污染羽逐渐扩大的同时浓度逐渐减小，长期单独采用nZVI活化过硫酸钠的高级氧化体系仍很难达到高效去除污染物的目的，而选择合适的吸附材料增加nZVI周围污染物浓度，有利于提高污染物的降解效率。其中，利用生物炭负载nZVI所得复合材料则同时具有吸附有机污染物和活化过硫酸钠的多功能性质，虽然已有报道合成了该类复合材料，但其仅公开生物炭对nZVI颗粒的分散性增强效果以促进nZVI活化过硫酸钠(CN108439570A)，而鲜有报道利用该复合材料中生物炭吸附有机物与nZVI活化过硫酸钠的协同作用并去除氯苯这类工业场地地下水常见污染物。因此，研发基于吸附活化多功能复合材料的高效反应体系对氯苯等有机物污染水体的修复具有较大的应用前景和重要意义。
技术实现思路
解决的技术问题：本专利技术提供一种吸附活化多功能复合材料及其应用，该复合材料活化剂中nZVI负载于生物炭，生物炭的多孔特性极大促进nZVI颗粒的分散，有利于其与过硫酸钠的充分接触，且生物炭对有机污染物的强吸附性，可增加氯苯在复合材料界面附近的浓度，成功解决了现有技术中仅靠吸附作用不能实现氯苯彻底去除或单独使用零价铁活化过硫酸钠效率较低等问题。该应用中氯苯去除率高，pH适用范围广。复合材料制备工艺简单，成本低廉，具有良好的实际应用前景。技术方案：一种吸附活化多功能复合材料，所述复合材料为生物炭负载纳米零价铁，所述生物炭由水稻秸秆经限氧高温热解而成，热解温度范围为300-700℃；纳米零价铁与生物炭的质量比为(5:1)-(1:5)。上述最适热解温度为500℃，最适生物炭与纳米零价铁质量比为1:1。上述复合材料活化剂在活化过硫酸钠制备吸附-降解体系中的应用，所述复合材料活化剂和过硫酸钠质量比为1:3。上述复合材料活化剂在活化过硫酸钠吸附-降解体系去除水体中氯苯的应用。上述水体为地表水或地下水。上述水体pH值范围为3.0-11.0。具体步骤如下，步骤一：在含有氯苯有机污染物的水体样品中加入复合材料，吸附时间为14.0h，其中，复合材料的投加量为0.2g/L，氯苯浓度为2.2–11.3mg/L；步骤二：边搅拌边加入过硫酸钠，氧化降解时间为3.0h，过硫酸钠浓度为0.5-12.0mmol/L。有益效果：(1)本专利技术一种复合材料活化过硫酸钠吸附-降解体系去除水中氯苯的方法及其应用，所述复合材料可以高效吸附水体中的氯苯；此外，复合材料活化过硫酸钠产生SO4·-等自由基活性物质降解水体中的氯苯，并且SO4·-与水反应进一步转换生成的·OH也参与降解反应，最终实现氯苯通过复合材料经吸附-降解反应而被彻底去除。(2)所述复合材料由nZVI和生物炭组成，皆为环境友好型材料，实际应用过程中，不会向环境释放有毒过渡金属离子，二次污染的风险低。(3)所述复合材料中的生物炭与石墨烯、碳纳米管、活性炭纤维等炭材料相比制备工艺简单，成本低廉，有良好的实际应用前景。(4)所述复合材料中的生物炭原材料为水稻秸秆，为固废资源的二次利用，绿色生态。(5)所述复合材料活化过硫酸钠吸附-降解体系在去除水体中氯苯时适用pH范围广(3.0-11.0)。附图说明图1为nZVI/生物炭复合材料制备示意图；图2为基于不同热解温度的复合材料活化过硫酸钠吸附-降解体系对氯苯的去除率；图3为吸附态和溶解态氯苯在不同反应时间的浓度变化；图4为具有不同生物炭/nZVI质量比的复合材料活化过硫酸钠吸附-降解体系对氯苯的去除率。具体实施方式以下通过实例进一步说明本专利技术。复合材料采用液相还原共沉淀法合成：(1)生物炭的制备。以水稻秸秆为原料，限氧裂解法制备生物炭。水稻秸秆首先用去离子水洗涤4次，然后于80℃烘干，粉碎过2.0mm筛(10目)。称取一定量的原料于30.0mL瓷坩埚，压实，置于程序升温的马弗炉。升温程序为：初始温度100℃，保持2.0h之后，以10℃/min的速度分别升温至300、400、500、600和700℃，并保持4.0h后停止加热。待冷却至室温，取出样品。生物炭样品研磨过0.15mm筛(100目)，保存于密封玻璃瓶中备用。所制生物炭根据热解温度分别命名为RS300、RS400、RS500、RS600和RS700。(2)nZVI/生物炭复合材料的制备(制备过程如图1所示)。称取定量的生物炭与5.0gFeSO4·7H2O溶于120.0mL超纯水，在水平振荡器中25℃，150r/min密闭振荡12.0h。然后将溶液转入三口烧瓶中并加入80.0mL无水乙醇，在氮气氛围里搅拌1.0h。称取3.9gKBH4溶于200.0mL超纯水，以恒定滴速约为0.1ml/s将KBH4溶液滴入三口烧瓶中，搅拌，反应过程中持续通入氮气。反应完成后，磁性分离出黑色颗粒，分别用脱氧超纯水和脱氧无水乙醇洗涤3–4次之后，于80℃真空干燥12.0h，最终保存于真空干燥皿。最终制备得到基于不同生物炭热解温度的复合材料，分别命名为nZVI/RS300、nZVI/RS400、nZVI/RS500、nZVI/RS600和nZVI/RS700；以及具有不同生物炭与nZVI质量比的复合材料nZVI/RS500，质量比分别有5:1、3:1、1:1、1:3和1:5。实施例1本实施例比较基于不同热解温度的生物炭所得复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附活化多功能复合材料，其特征在于：所述复合材料为生物炭负载纳米零价铁，所述生物炭由水稻秸秆经限氧高温热解而成，热解温度范围为300-700 ℃；纳米零价铁与生物炭的质量比为（5:1）-（1:5）。/n

【技术特征摘要】
1.一种吸附活化多功能复合材料，其特征在于：所述复合材料为生物炭负载纳米零价铁，所述生物炭由水稻秸秆经限氧高温热解而成，热解温度范围为300-700℃；纳米零价铁与生物炭的质量比为（5:1）-（1:5）。


2.根据权利要求1所述复合材料，其特征在于所述最适热解温度为500℃，最适生物炭与纳米零价铁质量比为1:1。


3.权利要求1所述复合材料在活化过硫酸钠以构建吸附-降解体系中的应用，其特征在于所述复合材料和过硫酸钠质量比为1:3。


4.权利要求1所述复合材料在活化过硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梦舫，杨磊，晏井春，欧阳达，陈云，钱林波，韩璐，
申请(专利权)人：北京建工环境修复股份有限公司，中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11