一种制备零价铁-生物炭材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备零价铁

【技术实现步骤摘要】
一种制备零价铁-生物炭材料的方法


[0001]本专利技术涉及固体废物资源化
，特别涉及一种制备零价铁-生物炭复合材料的方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着市民生活水平的提高，很多家具的使用周期也越来越短，而且频繁的房屋租赁活动也增加了木质垃圾被废弃的机率。据统计，我国每年会产生约8500万m3的废旧大件木质垃圾。木质垃圾中主要成分是木材，而木材的主要成分是纤维素和半纤维素，含碳量在40～50％之间，可由热降解得到多孔结构的生物炭材料。但由于其附加值低，其资源化利用率极低，大都随同其他垃圾一起焚烧或填埋，造成了资源的严重浪费。
[0003]废铁泥是指化工生产中产生的含铁量较高的废渣，主要成分为铁氧化物和有机物等，具有较大的回收价值。由于其成分复杂，利用难度高，目前国内的废铁泥仅有少部分应用于生产炼铁原料等低附加值产品，大都采用堆存、土地掩埋的方法进行处理。废铁泥的堆放不仅占用大量土地，而且存在于废铁泥中的有害物质还会向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。因此亟需研发清洁高效的新工艺加以综合利用。
[0004]零价铁-生物炭材料因其还原性和较高的吸附作用被广泛研究应用于重金属和有机物污染治理中。但是现有传统的制备方法大多采用首先将生物质热解为生物炭，然后与高价铁盐强力混合后以液相还原或气相还原的方式进行制备。
[0005]引用文献1公开了一种负载型生物炭催化材料的制备方法，该方法首先将生物质破碎后进行炭化以制备生物炭，然后将生物炭浸渍于含有聚乙二醇的FeSO4溶液中，随后滴加硼氢化钠溶液。
[0006]引用文献2公开了一种生物炭负载纳米零价铁材料，其制备方法为：将生物质粉碎并进行初级化学改性；然后进行热解得到生物炭；将生物炭进行深度化学改性，得到改性生物炭；将改性生物炭与亚铁盐等混合，然后滴加还原剂硼氢化钠，从而得到生物炭负载纳米零价铁材料。
[0007]引用文献3公开了一种热解炭负载零价铁复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将天然赤铁矿粉与粉碎的松木生物质进行混合、超声分散、烘干，将干燥的混合原料放置于管式炉中，在氢气-氩气混合气氛下限氧热解。
[0008]引用文献4公开了一种Fe/C复合多孔结构材料的制备方法，其以低品位沉积铁矿和生物质为原料，经过粉碎、混合、成型获得棒状颗粒物，然后在含氢气的气氛下将棒状颗粒物还原，从而得到以生物质炭和零价铁为主要物相的Fe/C复合多孔结构材料。
[0009]上述引用文献1-4中，不论是液相还原还是气相还原，制备过程均较为复杂，并且制备过程需要引用大量的还原试剂，例如硼氢化钠、硼氢化钾或氢气，原料成本较高，操作复杂。因此，提供一种成本低廉且制备简便、能够大规模生产的生物炭-零价铁复合材料的制备方法是十分必要的。
[0010]引用文献
[0011]引用文献1：CN107930629A
[0012]引用文献2：CN110586038A
[0013]引用文献3：CN110918060A
[0014]引用文献4：CN105776506A

技术实现思路

[0015]专利技术要解决的问题
[0016]本专利技术的目的在于提供一种成本低廉、不需要额外添加还原剂、操作简便、能够大规模生产的生物炭-零价铁复合材料的制备方法。本专利技术以废铁泥和木质垃圾为原料、不需要额外添加还原剂来制备零价铁-生物炭复合材料，不但降低了成本，还实现了废铁泥和木质垃圾的资源化利用。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]1、本专利技术提供一种制备零价铁-生物炭复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括将木质垃圾和废铁泥的混合物在隔绝氧气的条件下进行碳化还原的步骤。
[0019]2、根据上述1所述的方法，其中，所述废铁泥中Fe2O3的含量为20质量％～60质量％。
[0020]3、根据上述1或2所述的方法，其中，所述木质垃圾和废铁泥中所含的Fe2O3的干重比，即木质垃圾:Fe2O3，为2:1～10:1。
[0021]4、根据上述1-3任一项所述的方法，其中，进行碳化还原的温度为900℃～1250℃，和/或，还原时间为2～4小时。
[0022]5、根据上述1-4任一项所述的方法，其中，所述方法还包括将木质垃圾和废铁泥在混合前进行清洗、烘干或粉碎中的一个或多个步骤。
[0023]6、根据上述5所述的方法，其中，粉碎后的木质垃圾和废铁泥的粒径为小于0.6mm。
[0024]7、根据上述1-6任一项所述的方法，其中，所述方法还包括将碳化还原的产物进行研磨的步骤。
[0025]8、根据上述7所述的方法，其中，经过研磨后的零价铁-生物炭复合材料的粒径小于0.08mm。
[0026]9、根据上述1-8任一项所述的方法，其中，碳化还原步骤中的升温速度为10-20℃/min。
[0027]10.一种根据上述1-9任一项所述的方法得到的零价铁-生物炭复合材料用于治理重金属和有机污染物的用途，其特征在于，所述零价铁-生物炭复合材料对于重金属的去除率达95％以上，对有机污染物的去除率达90％以上。
[0028]专利技术的效果
[0029]本专利技术的制备零价铁-生物炭复合材料的方法具有以下效果：
[0030]本专利技术的制备方法以资源利用率低的木质垃圾和废铁泥为原料，不仅降低了原料成本，而且充分利用了固体废弃物，实现了资源化利用；
[0031]本专利技术基于木质垃圾和废铁泥可在高温焙烧过程中发生协同互补作用的特性，即木质垃圾在热解过程中产生热解气体如H2、CO以及固体碳化物质，可作为还原剂促进废铁泥中的铁氧化物还原成零价铁，完全避免了额外的还原剂的使用，不仅降低成本，而且操作
简单，便于大规模生产；
[0032]同时，在还原过程中，零价铁与生物炭相互附着，能够形成稳定的零价铁-生物炭复合材料。
附图说明
[0033]图1为实施例1制备的生物炭-零价铁复合材料的XRD图谱；
[0034]图2为实施例1制备的生物炭-零价铁复合材料的扫描电镜和能谱图；
[0035]图3为实施例1制备的生物炭-零价铁复合材料对Cr
6+
的去除曲线图；
[0036]图4为实施例2制备的生物炭-零价铁复合材料的扫描电镜和能谱图；
[0037]图5为实施例2制备的生物炭-零价铁复合材料对罗丹明B的去除曲线图；
[0038]图6为实施例3制备的生物炭-零价铁复合材料的XRD图谱；
[0039]图7为实施例3制备的生物炭-零价铁复合材料对甲基橙的去除曲线图；
具体实施方式
[0040]以下将对本专利技术的零价铁-生物炭复合材料的制备方法进行详细说明。需要说明的是，除非特殊声明，本专利技术所使用的单位名称均为本领域通用的国际单位名称。此外，本专利技术以下出现的数值的点值或者数值范围均应当理解为包括了工业上允许的误差。
[0041]<第一实施方式>
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备零价铁-生物炭复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括将木质垃圾和废铁泥的混合物在隔绝氧气的条件下进行碳化还原的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述废铁泥中Fe2O3的含量为20质量％～60质量％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述木质垃圾和废铁泥中所含的Fe2O3的干重比，即木质垃圾:Fe2O3，为2:1～10:1。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，进行碳化还原的温度为900℃～1250℃，和/或，还原时间为2～4小时。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，所述方法还包括将木质垃圾和废铁泥在混合前进行清洗、烘干或粉碎中的一个或多个步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，刘建国，耿超，祁文智，于书尧，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：