一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法与应用，包括如下具体步骤：S1、一次炭化；S2、二次炭化；S3、后处理；S4、负载纳米零价铁：设蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的铁炭比为a：b，改性蓝藻生物炭投加量为bg：S4‑1、配置浓度为0.3M的KBH

【技术实现步骤摘要】
一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法与应用
本专利技术涉及一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法，尤其涉及一种蓝藻生物炭纳米零价铁系材料降解四环素的方法与应用，属于水处理

技术介绍
近些年来，中国淡水型湖泊几乎每年都爆发蓝藻，而大量蓝藻被打捞上岸后经过脱水后仍具有毒性，随意处置将带来环境污染，危及土壤和地下水安全。目前，蓝藻无害化资源化的方式主要包括多元混合物料协同发酵、氮源养分利用、藻毒素深度去除、制备活性炭等，偏重于应用在土壤及固废领域，而畜禽养殖业带来的环境问题多表现在地下水、地表水中抗生素含量超标等。同时，生物炭由于具有比表面积大，表面官能团丰富等特点，越来越多的受到研究人员的关注，将具有还原功能的金属离子负载到生物炭内部，不仅能进一步扩大生物炭比表面积，同时可以通过氧化还原作用降解目标污染物，而将藻泥制成生物炭、同时负载纳米金属离子，能够实现高效能的吸附降解功能，去除水体抗生素污染，这是一个未来开拓蓝藻资源化的途径。
技术实现思路
针对上述现存的技术问题，本专利技术提供一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法与应用，以开拓蓝藻资源化途径，并解决现有土壤修复技术不完善的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法，包括如下具体步骤：S1、一次炭化：将蓝藻干燥、粉碎后，在惰性氛围下进行炭化，温度由室温升至300℃，并保持1-2h，冷却后得初炭材料。进一步，所述的干燥是冷冻干燥或置于80-105℃烘箱内烘干。进一步，所述炭化的升温速率为5℃/min，氮气流量为50-100ml/min。S2、二次炭化：将初炭材料粉碎，与KOH按质量比1：2-3混合，加入去离子水，使KOH浓度在20-40%；将所得混合物干燥后，在惰性氛围下进行炭化，温度由室温升至700℃，并保持1-3h，冷却后得粗炭材料。上述技术方案中，碱化处理使得炭材料进一步扩孔，炭内部孔隙率及比表面积增大。并且经进一步的高温加热，对炭表面官能团进行了活化，增加了炭材料内部的活性点位，加强了对污染物的吸附固持作用。进一步，所述的粉碎是利用破碎机破碎，再过100目筛。进一步，所述的干燥是置于80-90℃烘箱内烘干。进一步，所述炭化的升温速率为5℃/min，氮气流量为50-100ml/min。S3、后处理：向粗炭材料中加入20-40%的HNO3或HCl，置于摇床震荡，再去除上清液，将所得固体水洗至中性后干燥，得改性蓝藻生物炭。上述技术方案中，向粗炭材料中加入酸溶液使得炭材料改性，进一步增加了炭材料表面官能团的种类及活性，有利于加强炭材料对污染物的吸附作用。进一步，所述摇床的条件是温度为室温，速度为60-160r/min，震荡时间为2-3h。进一步，所述的干燥是置于60-90℃烘箱内烘干。S4、负载纳米零价铁：设蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的铁炭比为a：b，改性蓝藻生物炭的投加量为bg，则：S4-1、配置浓度为0.3M的KBH4溶液a×100ml，并在氮气保护下搅拌30-60min；S4-2、配置浓度为0.179M的FeSO4·7H2O溶液a×100ml，并在氮气保护下搅拌30-60min；S4-3、向FeSO4·7H2O溶液中加入bg改性蓝藻生物炭，并在氮气保护下搅拌30-60min；S4-4、向FeSO4·7H2O溶液中逐滴加入全部的KBH4溶液，并在氮气保护下同时加入适量无水乙醇作为稳定剂，陈化30-60min；S4-5、过滤混合液中的固体成分，并用超纯水和无水乙醇清洗数次；S4-6、将固体成分转移到真空干燥箱中，干燥后密封保存，即得蓝藻改性生物炭纳米零价铁系材料。具体的，制备铁炭比为1：1的蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料，改性蓝藻生物炭的投加量为1g时，配置浓度为0.3M的KBH4溶液100ml，浓度为0.179M的FeSO4·7H2O溶液100ml。制备铁炭比为2：1的蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料，改性蓝藻生物炭的投加量为1g时，配置浓度为0.3M的KBH4溶液200ml，浓度为0.179M的FeSO4·7H2O溶液200ml。制备铁炭比为1：2的蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料，改性蓝藻生物炭的投加量为2g时，配置浓度为0.3M的KBH4溶液100ml，浓度为0.179M的FeSO4·7H2O溶液100ml。上述技术方案制备铁炭比为1：1的纳米零价铁系材料时，反应原理如下：。具体实施时，各步骤均需要在氮气保护条件下进行。匀速滴加的还原剂能够与溶液中的铁盐接触充分，铁离子被还原为纳米铁负载于生物炭载体上，由于稳定剂起到了稳定和分散作用，使得纳米铁能够与生物炭均匀混合。蓝藻改性生物炭表面负载了铁纳米颗粒后成为了具有氧化还原功能的吸附降解材料。也可以选用任意铁炭比例，只是所制得材料的应用效果有所不同。并且，本专利技术还提供一种上述方法制备的蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料在水处理和土壤修复中的应用。进一步，该蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料对有机污染物具有吸附、降解、固持作用。本专利技术方法制得的蓝藻改性生物炭具有更大的比表面积，并且可以负载更多的铁离子，使得蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料具有更强的降解能力。同时，藻类生物炭具有更丰富的官能团，与铁离子发生螯合作用，使得铁离子更稳定的固定在生物炭表面，而当污染物存在的情况下，铁离子与污染物之间的作用力使铁离子与生物炭断裂，单质铁作为还原剂将目标污染物还原成小分子物质，从而起到降解污染物的作用。综上，与现有技术相比，本专利技术的技术优势在于：1、碱化后在惰性条件下热解，炭材料孔径得到显著提升，同时热解后进一步酸化，连续碱化热解酸化后，使蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的特性相比于目前所报道材料具有更大的比表面积及孔隙率。2、蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料具有高比表面积和丰富表面官能团的炭吸附材料，能够有效解决蓝藻二次污染问题，由于蓝藻的丰富和易获取性，充分利用蓝藻制备活性炭，能够实现资源的充分利用。3、蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料相比现有炭吸附材料，大大提高了对有机污染物的吸附效能，降低了污染物在环境介质中的迁移转化风险，具有良好的应用前景。附图说明图1a为实施例1制得的蓝藻改性生物炭纳米零价铁系材料在不同反应时间下对降解四环素（TC）的影响关系图；图1b为实施例1制得的蓝藻改性生物炭纳米零价铁系材料在不同投加量、不同反应时间下对吸附四环素（TC）的影响关系图；图1c为实施例2制得的蓝藻改性生物炭纳米零价铁系材料在不同投加量、不同反应时间下对吸附四环素（TC）的影响关系图；图1d为实施例3制得的蓝藻改性生物炭纳米零价铁系材料在不同投加量、不同反应时间下对吸附四环素（TC）的影响关系图；图2a为实施例1制得的蓝藻改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：/nS1、一次炭化：将蓝藻干燥、粉碎后，在惰性氛围下进行炭化，温度由室温升至300℃，并保持1-2h，冷却后得初炭材料；/nS2、二次炭化：将初炭材料粉碎，与KOH按质量比1：2-3混合，加入去离子水，使KOH浓度在20-40％；将所得混合物干燥后，在惰性氛围下进行炭化，温度由室温升至700℃，并保持1-3h，冷却后得粗炭材料；/nS3、后处理：向粗炭材料中加入20-40％的HNO

【技术特征摘要】
1.一种蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1、一次炭化：将蓝藻干燥、粉碎后，在惰性氛围下进行炭化，温度由室温升至300℃，并保持1-2h，冷却后得初炭材料；
S2、二次炭化：将初炭材料粉碎，与KOH按质量比1：2-3混合，加入去离子水，使KOH浓度在20-40％；将所得混合物干燥后，在惰性氛围下进行炭化，温度由室温升至700℃，并保持1-3h，冷却后得粗炭材料；
S3、后处理：向粗炭材料中加入20-40％的HNO3或HCl，置于摇床震荡，再去除上清液，将所得固体水洗至中性后干燥，得改性蓝藻生物炭；
S4、负载纳米零价铁：设蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的铁炭比为a：b，改性蓝藻生物炭的投加量为bg，则：
S4-1、配置浓度为0.3M的KBH4溶液a×100ml，并在氮气保护下搅拌30-60min；
S4-2、配置浓度为0.179M的FeSO4·7H2O溶液a×100ml，并在氮气保护下搅拌30-60min；
S4-3、向FeSO4·7H2O溶液中加入bg改性蓝藻生物炭，并在氮气保护下搅拌30-60min；
S4-4、向FeSO4·7H2O溶液中逐滴加入全部的KBH4溶液，并在氮气保护下同时加入适量无水乙醇作为稳定剂，陈化30-60min；
S4-5、过滤混合液中的固体成分，并用超纯水和无水乙醇清洗数次；
S4-6、将固体成分转移到真空干燥箱中，干燥后密封保存，即得蓝藻改性生物炭纳米零价铁系材料。


2.根据权利要求1所述的蓝藻改性生物炭负载纳米零价铁系材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷勤，年跃刚，闫海红，郭晓娅，梁雨，王幸智，胡黎明，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11