一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法及应用技术

一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法及应用，它涉及一种铁矿物复合材料的制备方法。本发明专利技术是要解决现有铁矿物复合材料组成固化、合成方式单一、制备成本昂贵以及不利于推广应用的问题。一、制备水热腐殖化液体产物；二、制备铁矿物前体；三、水热反应，得到人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料。本发明专利技术制备的人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料移除P的最大吸附容量高达19.394mg/g。一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料用于富养化水体中磷酸盐的移除。本发明专利技术可获得一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法及应用
本专利技术涉及一种铁矿物复合材料的制备方法。
技术介绍
铁矿物作为一种宝贵的矿物资源，具有比表面积大、反应活性高、电荷表面积可变以及在自然水土中普遍存在等特点，并且通常与天然有机物结合形成无机-有机络合物，直接或间接影响对氧阴离子的吸附和固定性能。腐殖质(HS)是天然有机物的典型代表，被认为是“沉睡的巨人”，在自然条件下需要成千上万年才能形成，包括生物和非生物反应，而利用水热腐殖化技术可大大加快反应速率，制备出与其具有相近理化性质的人工腐殖质。同时，磷素作为最常见的氧阴离子，既是水体富养化的限制因子，也是主要来源于磷矿石的不可再生资源。目前有关铁矿物与腐殖质，以及铁矿物、腐殖质与磷素的相关研究主要集中在表面吸附过程，即腐植酸作为吸附态络合物包覆在铁矿物表面，或腐植酸与磷在铁矿物表面的竞争吸附，且存在材料组成固化、合成方式单一、制备成本昂贵以及不利于推广应用等明显弊端。因此，模拟地质转化过程，制备由铁矿物与人工腐殖质反应生成的共沉淀态多相铁矿物复合材料，以及其对水体中过量磷素的回收，具有重要的环境学与地质学意义。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有铁矿物复合材料组成固化、合成方式单一、制备成本昂贵以及不利于推广应用的问题，而提供一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法。一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、首先将生物质废弃物进行洗涤、干燥和粉磨，然后将生物质粉末添加到强碱性水溶液中，并转移至高压反应釜中进行水热腐殖化反应，得到反应产物Ⅰ；对反应产物Ⅰ进行过滤，收集液体，得到水热腐殖化液体产物；二、首先将铁金属盐固体溶解于水中，然后逐滴滴加强碱性溶液，直至溶液的pH值至12～14，得到铁矿物前体；三、将水热腐殖化液体产物滴加至铁矿物前体中，搅拌，然后水浴恒温陈化，得到反应产物Ⅱ；对反应产物Ⅱ进行离心，收集固体，再对收集的固体进行洗涤，直至固体呈中性，最后干燥，得到人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料。进一步的，步骤一中所述的生物质废弃物为树叶、水稻秸秆、玉米秸秆或大豆秸秆。进一步的，步骤一中所述的强碱性水溶液为强碱溶解到去离子水中，其中，强碱的质量与去离子水的体积比为(1g～6g):(100mL～220mL)；进一步的，强碱为NaOH或KOH。进一步的，步骤一中所述的生物质粉末的质量与强碱性水溶液的体积比为(10g～25g):(100mL～220mL)。进一步的，步骤一中所述的水热腐殖化反应的温度为180℃～200℃，压力为1.5MPa～3MPa，反应的时间为10h～24h。进一步的，步骤二中所述的铁金属盐固体为Fe(NO3)3·9H2O或FeCl3·6H2O；进一步的，铁金属盐固体的质量与水的体积比为(5g～15g):(100mL～250mL)。进一步的，步骤二中所述的强碱性溶液为KOH溶液或NaOH溶液，浓度为2mol/L～2.5mol/L。进一步的，水热腐殖化液体产物与铁矿物前体的体积比为(5mL～20mL):(145mL～160mL)；进一步的，步骤三中所述的搅拌的速度为150r/min～200r/min，搅拌时间为30min～60min。进一步的，步骤三中所述的水浴恒温陈化的温度为60～80℃，时间为24h～48h。进一步的，步骤三中使用去离子水和无水乙醇交替对收集的固体进行洗涤，直至固体呈中性；进一步的，步骤三中所述的干燥为真空干燥，真空干燥的温度为40℃～60℃，真空干燥的时间为72h～96h。本专利技术的有益效果：1、本专利技术以生物质废弃物、铁金属盐为原料，通过水热腐殖化技术和共沉淀法制备人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料；复合材料的微观形貌呈现规则且粒径较大的团簇状结构、沉淀态外观，有利于降低材料分散性，提高回收效率；2、本专利技术制备的人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料，在很大程度上增加了铁矿物表面的官能团数量，尤其是-COO、-OH、C-O等，不仅提升了其理化性能，而且为后续反应提供大量的活性位点；3、本专利技术中人工腐殖酸液体对铁矿物的作用主要是作为抑制剂，抑制针铁矿晶型的成核生长，促进水铁矿生成；作为还原剂，将溶液中少量Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)，反应生成中间产物碱式碳酸铁(Fe2(OH)2CO3)，并继续氧化生成稳定矿物针铁矿和纤铁矿；作为促进剂，促进部分晶型由针铁矿转化为赤铁矿；本专利技术制备的人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料是由针铁矿、水铁矿、纤铁矿和赤铁矿等多种铁矿物组成的多相复合态材料；4、本专利技术制备的人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料结合了人工腐殖质与铁矿物二者的优点，增加了在环境中应用的效果，本专利技术制备的人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料对富养化水体中磷的最高吸附量是单一铁矿物的2～5倍；5、本专利技术制备的人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料，有助于更好地了解人工腐植质参与铁矿物转化、磷酸盐生物地球化学循环以及环境水土污染整治的作用机理与潜在价值；6、生物质废弃物取材广泛、廉价易得，降低了人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制作成本；且操作简单，使用之后易于分离，利于在实际生产中广泛应用；7、本专利技术制备的人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料移除P的最大吸附容量高达19.394mg/g。一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料用于富养化水体中磷酸盐的移除。本专利技术可获得一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料。附图说明图1为实施例1制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料的SEM图；图2为实施例2制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料的SEM图；图3为FTIR图，图中1为实施例1步骤二得到的铁矿物前体的FTIR曲线，2为实施例1制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料的FTIR曲线；图4为XRD图，图中1为实施例1步骤二得到的铁矿物前体的XRD曲线，2为实施例1制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料的XRD曲线；图5为实施例1制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料的TEM图；图6为实施例1制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料的HRTEM图；图7为实施例1制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料的SAED图；图8为实施例1制备的人工腐殖质/针铁矿共沉淀态复合材料吸附磷后的低倍和高倍Elementmapping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：本实施方式是一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、首先将生物质废弃物进行洗涤、干燥和粉磨，然后将生物质粉末添加到强碱性水溶液中，并转移至高压反应釜中进行水热腐殖化反应，得到反应产物Ⅰ；对反应产物Ⅰ进行过滤，收集液体，得到水热腐殖化液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法，其特征在于一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：/n一、首先将生物质废弃物进行洗涤、干燥和粉磨，然后将生物质粉末添加到强碱性水溶液中，并转移至高压反应釜中进行水热腐殖化反应，得到反应产物Ⅰ；对反应产物Ⅰ进行过滤，收集液体，得到水热腐殖化液体产物；/n二、首先将铁金属盐固体溶解于水中，然后逐滴滴加强碱性溶液，直至溶液的pH值至12～14，得到铁矿物前体；/n三、将水热腐殖化液体产物滴加至铁矿物前体中，搅拌，然后水浴恒温陈化，得到反应产物Ⅱ；对反应产物Ⅱ进行离心，收集固体，再对收集的固体进行洗涤，直至固体呈中性，最后干燥，得到人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法，其特征在于一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
一、首先将生物质废弃物进行洗涤、干燥和粉磨，然后将生物质粉末添加到强碱性水溶液中，并转移至高压反应釜中进行水热腐殖化反应，得到反应产物Ⅰ；对反应产物Ⅰ进行过滤，收集液体，得到水热腐殖化液体产物；
二、首先将铁金属盐固体溶解于水中，然后逐滴滴加强碱性溶液，直至溶液的pH值至12～14，得到铁矿物前体；
三、将水热腐殖化液体产物滴加至铁矿物前体中，搅拌，然后水浴恒温陈化，得到反应产物Ⅱ；对反应产物Ⅱ进行离心，收集固体，再对收集的固体进行洗涤，直至固体呈中性，最后干燥，得到人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的生物质废弃物为树叶、水稻秸秆、玉米秸秆或大豆秸秆。


3.根据权利要求1所述的一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的强碱性水溶液为强碱溶解到去离子水中，其中，强碱的质量与去离子水的体积比为(1g～6g):(100mL～220mL)；所述的强碱为NaOH或KOH。


4.根据权利要求1所述的一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的生物质粉末的质量与强碱性水溶液的体积比为(10g～25g):(100mL～220mL)。


5.根据权利要求1所述的一种人工腐殖质/铁矿物共沉淀态复合材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，兰依博，程魁，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23