一种桉树生物炭负载纳米零价铁的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种桉树生物炭负载纳米零价铁的复合材料及其制备方法。制备方法具体包括制备桉树生物炭、制备提取液、桉树生物炭改性处理、制备桉树生物炭负载纳米零价铁溶液以及复合材料的制得。本发明专利技术中采用桉树生物炭与桉树叶提取物混合超声改性处理，使表面官能团数量和种类极大增加，负载纳米零价铁形成复合材料后能有效改善团聚效应、被氧化程度和反应性能，对高浓度Cr(VI)溶液有极强的去除性能，能耗少、成本低，安全无毒，实现对水体的高效修复。复。复。

【技术实现步骤摘要】
一种桉树生物炭负载纳米零价铁的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于净水环境
，尤其涉及一种桉树生物炭负载纳米零价铁的复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铬是应用极为广泛，含量较高，毒性较大的一类重金属，其污染控制在水处理中一直难以解决。纳米零价铁的尺寸在1
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100nm范围内，因其强吸附性、高反应活性和较温和的还原性被人们认为是一种有良好前景的环境修复材料，已经在土壤和地下水环境六价铬Cr(VI)污染修复过程中发挥重大作用。
[0003]如专利CN109967025A公开了一种利用桉树叶合成纳米零价铁的方法及水处理方法。主要包括：制备桉树叶提取液和制备铁盐溶液，在室温条件下，将桉树叶提取液与铁盐溶液按一定比例混合并加热，获得零价铁悬浮液，将零价铁悬浮液进行离心分离，获得纳米零价铁固体，清洗干燥后，碾磨并过筛，获得纳米零价铁颗粒。上述方法经济高效、工艺简单、绿色环保，对多种重金属去除有着优异的去除效果，具有广泛的应用前景。
[0004]但是纳米零价铁容易发生团聚效应，且由于反应过程中生成的大量氢氧化物沉淀和氧化物沉积零价铁表面，零价铁表面氧化严重，从而导致零价铁在反应过程中钝化降低去除率，修复Cr(VI)性能下降。
[0005]因而，更多的研究瞄向使用生物炭进行负载，如专利CN108043361A公开了一种绿色合成生物炭负载纳米金属颗粒的制备方法及其应用，制备方法包括∶生物炭粉末和铁盐溶于乙醇水溶液，得到生物炭与铁离子混合溶液；将生物炭与铁离子混合溶液在30
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80℃下水浴，机械搅拌条件下加入绿茶提取液，继续搅拌10
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30min，得到绿色合成生物炭负载纳米零价铁溶液；采用抽滤法分离得到沉淀物，放入40
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80℃干燥36
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72h，得到绿色合成生物炭负载纳米零价铁材料。但是，该种绿色合成方式的负载数量有限、稳定性较差、且纳米零价铁的分散性不足，仍存在一定程度的聚集效应，不能有效的提升Cr(VI)的去除能力。
[0006]因此，如何获得一种成为结构稳定、负载均匀分散、去除Cr(VI)过程中抗钝化效果强且效率高的复合材料是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供降低纳米零价铁负载的聚集效应，提升纳米零价铁在去除污染物中实用性和可操作性的生物炭负载纳米零价铁复合材料及其制备方法。
[0008]一方面，本专利技术提供了一种桉树生物炭负载纳米零价铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A）制备桉树生物炭：筛选桉树木屑，烘干，在氮气环境下烘烤碳化，经冷却干燥后得到桉树生物炭，封装备用；B）制备提取液：将桉树叶放入去离子水中水浴加热，冷却后过滤，得到提取液；
C）桉树生物炭改性处理：将步骤A）制备得到的桉树生物炭及步骤B）制备得到的提取液按2%
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3% w/v的比例进行混合，得到混合溶液，对混合溶液进行超声处理，其中，部分提取与步骤B）制备得到提取液的体积比为0.20
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0.28，w单位为g，v单位为ml；D）制备桉树生物炭负载纳米零价铁溶液：在氮气保护下，加热步骤C）处理后的混合溶液，加入含铁溶液，将步骤B）制备得到的剩余提取液加入其中并进行搅拌，搅拌后得到桉树生物炭负载纳米零价铁溶液；E）制备桉树生物炭负载纳米零价铁复合材料：将步骤D）制得的桉树生物炭负载纳米零价铁溶液进行分离、清洗、干燥，制得桉树生物炭负载纳米零价铁复合材料。
[0009]桉树生物炭负载桉树提取液绿色合成纳米零价铁复合材料能够实现对水中高浓度Cr(VI)的迅速有效去除，实现了桉树生产废物资源化处理，制备技术方案绿色环保，装置简易，成本较低。
[0010]步骤C）中桉树生物炭和提取液2%
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3% w/v比例的混合，能在充分利用资源的基础上，最大程度的实现提取液中有机物与桉树生物炭的结合。在既保证超声改性过程中，桉树生物炭表面官能团的种类和数量，以及分散的均匀程度，又能为步骤D）中提取液发挥还原剂和封端剂作用留足剂量，提高了反应活性。
[0011]超声改性处理使桉树生物炭增加了官能团的数量和种类，负载过程中增强了对Fe(Ⅱ)的螯合作用，去除污染物反应过程中产生的Cr(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)的络合作用；对最终产生的Cr(OH)3、Cr2O3、FeCr2O4和FeOOH、Fe(OH)3、Fe2O3具有强吸附作用，去除效果彻底，反应迅速稳定，有效防止Fe(Ⅲ)的二次污染。
[0012]进一步的，所述步骤A）中烘干的温度为40
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60℃，烘干时间为7
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9h；烘烤碳化以8
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12℃/min升温至480
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520℃，保温2
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2.5h；冷却干燥温度为100
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110℃，时间为10
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15h。
[0013]经烘干、烘烤碳化、冷却干燥后的桉树生物炭，表面分布
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OH、C
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O和C=C等不饱和键，为后续与桉树提取液混合后改性处理提供基础。
[0014]进一步的，所述步骤B）中桉树叶与去离子水的比例为4%
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8% w/v，w单位为g，v单位为ml；水浴加热的温度为80
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85℃，时间为55
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65min。
[0015]制备的提取液主要包括苯酚（）、醛及苯酚衍生物等，提取液中的有机物会附着在桉树生物炭的表面，部分与不饱和键结合，从而实现对桉树生物炭的改性处理。
[0016]进一步的，所述步骤C）中超声处理的时间为10
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25min，超声频率为20KHz
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40KHz，功率为100W
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250W，温度为20
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25℃。
[0017]设定超声处理的频率、功率、时间及改性处理的温度，能使桉树生物炭和提取液在混合改性中增加两种物质的接触频率和接触面积，桉树生物炭超声改性结合的官能团分布更加均匀，结合官能团分布相对分散。超声频率或功率过小，提供能量较小达不到预期结合效果；超声频率或功率过大会阻碍结合过程的发生。
[0018]超声提供的能量，也促进了提取液的有机物在桉树生物炭表面的附着和与不饱和键的结合，增加了活性位点，提高对纳米零价铁及Fe（Ⅱ）的空间位阻效应，改善后期负载纳米零价铁的团聚效应；同时反应中对Cr(Ⅲ)/Fe(Ⅲ)的产物吸附固定能力更强。
[0019]超声改性后的桉树生物炭表面高度芳香化，芳香性结构和桉树提取液中主要物质
的芳环之间通过π
−
π相互作用进行结合，其他有机物也在静电、孔隙截留、氢键等作用下附着在桉树生物炭表面。改性后的桉树生物炭容易与Fe发生螯合作用，增强将Fe固定在表面能力，进而形成纳米零价铁均匀分散的复合材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桉树生物炭负载纳米零价铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A）制备桉树生物炭：筛选桉树木屑，烘干，在氮气环境下烘烤碳化，经冷却干燥后得到桉树生物炭，封装备用；B）制备提取液：将桉树叶放入去离子水中水浴加热，冷却后过滤，得到提取液；C）桉树生物炭改性处理：将步骤A）制备得到的桉树生物炭及步骤B）制备得到的部分提取液，按2%
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3% w/v的比例进行混合，得到混合溶液，对混合溶液进行超声处理，其中，部分提取液与步骤B）制备得到提取液的体积比为0.20
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0.28，w单位为g，v单位为ml；D）制备桉树生物炭负载纳米零价铁溶液：在氮气保护下，加热步骤C）处理后的混合溶液，加入含铁溶液，将步骤B）制备得到的剩余提取液加入其中并进行搅拌，搅拌后得到桉树生物炭负载纳米零价铁溶液；E）制备桉树生物炭负载纳米零价铁复合材料：将步骤D）制得的桉树生物炭负载纳米零价铁溶液进行分离、清洗、干燥，制得桉树生物炭负载纳米零价铁复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A）中烘干的温度为40
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60℃，烘干时间为7
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9h；烘烤碳化以8
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12℃/min升温至480
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520℃，保温2
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2.5h；冷却干燥温度为100
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110℃，时间为10
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15h。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B）中桉树叶与去离子水的比例为4%
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8% w/v，w单位为g，v单位为ml；水浴加热的温度为80
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85℃，时间为55
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65min。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C）中超声处理的时间为10
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘沁文，丁爱中，梁信，谢领辉，鄢俊彬，李娜，
申请(专利权)人：江苏众川生态环境有限公司，
类型：发明
国别省市：