一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用。该方法包括松树树皮，烘干，粉碎，高温炭化；对生物炭进行酸化；将超纯水在惰性气体氛围下曝气，搅拌下，加入FeSO4·

【技术实现步骤摘要】
一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物炭载硫化纳米零价铁材料
，具体涉及一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]三氯乙烯（trichloroethylene，TCE）是一种用途广泛的有机氯产品，作为一种常见的化学用品，广泛应用于许多工业、农业和医药行业中。三氯乙烯作为一种由优良的溶剂，可以用作树脂、沥青、醋酸纤维素、硝化纤维素和涂料的溶剂，也可以用作金属脱脂和羊毛及织物的干洗剂。在医药上，三氯乙烯可以用作麻醉剂，农药上，三氯乙烯可以用作合成一氯醋酸。
[0003]由于工业上广泛应用及其所具有的挥发性造成TCE 大量进入到环境中，严重污染了大气、地下水和土壤。对我国城市河水及浅层地下水造成了污染。另一方面，TCE与人体和生物体长期接触，会引发内脏和皮肤的受损，还会导致癌症的可能。TCE作为持久性有机污染物，严重危害着人类赖以生存的美好环境。所以对于TCE的去除刻不容缓。全时间每年有不少团队和科研工作者们探究了去除TCE的路径，许多用于去除TCE的技术包括物理、化学和生物学方法。但是如何高效，低成本和没有二次污染的去除TCE一直是大家关心和等待解决的问题。
[0004]零价铁(zero valent iron，ZVI)作为一种绿色、经济的环境修复技术，在有机及重金属污染的土壤/地下水治理中备受青睐。纳米零价铁技术(nZVI)比普通的零价铁具有更大的比表面积和极高的还原活性，是当前环境修复领域的热点。特别是对于TCE 等结构稳定的氯代烃有机物，在普通ZVI活性有限的情况下，nZVI的应用更显优势。但nZVI单独使用易产生团聚现象，因此很多研究者将 nZVI负载到多孔性载体上，以此来解决易团聚的问题。常用的纳米零价铁(nZVI)载体包括天然膨润土、高岭土、沸石和生物炭等。
[0005]生物炭含有丰富的表面含氧官能团及较发达的孔隙结构，对重金属和有机污染物有较强的吸附能力; 其作为土壤添加剂还能改善土壤生态环境，促进微生物对土壤中有机污染物的降解，因此是一种极有应用前景的环境修复材料。近年来，以生物炭为载体制备的nZVI 和nZVI复合材料(BC/nZVI)引起了研究者的关注。有研究者发现 BC/nZVI吸附剂能通过吸附和还原降解作用实现对废水中多种重金属、磷和甲基蓝的同时去除。有的研究者制备的 BC/nZVI 材料能快速去除水中的五氯酚，且生物炭能阻止n
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ZVI表面铁氧化物膜的形成，保持nZVI的还原活性。有的研究者以BC/n
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ZVI为添加剂活化过硫酸盐氧化地下水中三氯乙烯，结果证实BC/nZVI的活化性能明显优于nZVI。由此可见，BC/ nZVI 兼具了nZVI 的还原活性和生物炭的吸附性能，是一种新型的复合型环境功能材料。这些方法让nZVI负载绿色生物炭获得了巨大的利益。富含碳和生物炭多孔结构材料的固体产品转换生物质在没有或有限的氧气，已经被证明是一种有效的环境修复方法。生物炭已经成功地被利用稳定nZVI和控制nZVI的聚合，从而提高他们在环境修复的稳定性。
[0006]硫化亚铁(FeS)已经被用于含氯烯烃等污染物，比如被TCE和PCE污染的水或土壤。作为一种重要的还原剂，FeS提供了一个铁的来源，可以作为电子给体参与还原反应。最近的研究也显示被硫化的n
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ZVI(S
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nZVI)与硫代硫酸钠、钠连二亚硫酸盐或硫化钠，可以提高电子导电率和控制的腐蚀速率nZVI，从而促进的有效的反应性和扩展nZVI活性寿命。因此，如果能有效地将S
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nZVI负载到生物炭上面，形成一种新的生物炭载硫化纳米零价铁(S
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nZVI@BC)，既能减少S
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nZVI的聚集，从而提高它的稳定性，又能更为便捷地传递到地下水中进行环境修复。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于设计提供一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用的技术方案。本专利技术得到的改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料具有较高的TCE去除效率，可用于处理和修复TCE污染的地下水环境。
[0008]本专利技术具体通过以下技术方案实现：本专利技术第一方面提供了一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料的制备方法，其包括以下步骤：（1）取松树树皮，烘干后粉碎成粉末，再进行高温炭化，得到生物炭；（2）对步骤（1）得到的生物炭与硝酸混匀振荡，用超纯水洗净，过滤，烘干；（3）将超纯水在惰性气体氛围下曝气，过程用搅拌桨搅拌，加入FeSO4·
7H2O，加入步骤（2）得到的改性后的生物炭，再滴加NaBH4，进行还原反应，待反应完成后，加入Na2S进行硫化反应，待硫化反应完成后，得到改性生物炭载硫化纳米零价铁复合材料。
[0009]进一步，所述步骤（1）和步骤（2）中烘干条件为：烘干温度为80～90℃，烘干时间24h。
[0010]进一步，所述步骤（1）高温炭化具体为：将粉末状的松树树皮进行高温烧制处理，高温烧制处理的升温程序为：由常温以15℃/min的速度升温到600℃，并保持2h的恒温处理时间；炭化后，取出生物炭冷却至室温，并过100目筛。
[0011]进一步，所述步骤（2）中硝酸浓度为40%；生物炭与酸接触的时间为24h；振荡方式为双功能振荡，结合了回旋和往复振荡两种方式，转速为每150r／min。
[0012]进一步，所述步骤（3）中生物炭与Fe
2+
的质量比为1：1。
[0013]进一步，所述步骤（3）中Fe
2+
与S2‑
的质量摩尔比为1：0.1。
[0014]本专利技术第二方面提供了任一上述的制备方法制得的改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料。
[0015]本专利技术第三方面提供了改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料在修复受三氯乙烯污染的地下水环境中的应用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术先通过酸化改性生物炭让生物炭的含氧官能团增多，再负载钠米零价铁，最后在硫化，使其表面的零价铁变成硫化钠米零价铁，让制备获得的改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料的硫化纳米零价铁负载量得到有效提高，从而进一步提高了复合材料的TCE去除效率，可用于处理和修复TCE污染的地下水环境。
[0017]（2）相比于用化学方法去减少S
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nZVI的聚集，提高其稳定性，本专利技术用改性后的生物炭负载硫化纳米零价铁更为绿色，对环境无污染，还能降低材料成本。
[0018]（3）普通的生物炭虽然也能负载硫化纳米零价铁，但往往负载效果不是很理想；为了提高生物炭对硫化纳米零价铁的负载率，很多研究用化学方法对生物炭进行改性，比如用酸碱去改性生物炭，提高生物炭的负载效果；但这些化学方法不但对环境有一定的污染，而且改性效果并不明显。本专利技术用酸化改性的方法来改性生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用改性后的生物炭载硫化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：（1）取松树树皮，烘干后粉碎成粉末，再进行高温炭化，得到生物炭；（2）对步骤（1）得到的生物炭与硝酸混匀振荡，用超纯水洗净，过滤，烘干；（3）将超纯水在惰性气体氛围下曝气，过程用搅拌桨搅拌，加入FeSO4·
7H2O，加入步骤（2）得到的改性后的生物炭，再滴加NaBH4，进行还原反应，待反应完成后，加入Na2S进行硫化反应，待硫化反应完成后，得到改性生物炭载硫化纳米零价铁复合材料。2.如权利要求1所述的一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）和步骤（2）中烘干条件为：烘干温度为80～90℃，烘干时间24h。3.如权利要求1所述的一种用改性后的生物炭载硫化纳米零价铁复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）高温炭化具体为：将粉末状的松树树皮进行高温烧制处理，高温烧制处理的升温程序为：由常温以15℃/min的速度升温到6...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锋，杨立伟，陈炎，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：