一种富氮化纳米零价铁制造技术

本发明专利技术公开了一种富氮化纳米零价铁

【技术实现步骤摘要】
一种富氮化纳米零价铁/生物炭复合材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及材料工程与环境工程
，尤其涉及一种富氮化纳米零价铁
/
生物炭复合材料的制备方法与降解三氯乙烯的应用
。
技术背景
[0002]随着工业化和城市化的加剧，由重金属和有机污染物等物质导致的水体污染日益加剧，已严重威胁到人类社会的健康发展，因此对污染水体的治理和修复非常重要和迫切
。
纳米零价铁
(Nano
‑
zero valent iron
，
nZVI)
具备还原能力强
、
反应活性高等优点，可通过还原
、
表面络合
、
沉淀
、
催化氧化等多种机制来降解去除常见水体污染物，在污水治理和修复方面具有很好的应用前景
。
但
nZVI
有易团聚
、
易钝化
、
可运转性差等缺点
。
为克服这些缺点，人们采用了多种方法对其改性，如表面改性
、
双金属掺杂
、
硫化处理等，其中硫化处理具有可提高
nZVI
的反应活性和电子选择性的优点，是目前该研究领域的一个热点，但该方法得到的硫化
nZVI
使用寿命较短，抗氧化能力有限，制备和保存条件通常比较苛刻，因此有一定的局限性
(DOI
：
10.1016/j.watres.2022.118097)。
近年来，有研究表明，对
nZVI
进行氮化处理不仅可以提高
nZVI
的反应活性
(DOI
：
10.1021/acs.est.1c06205)
，还能提高
nZVI
的耐腐蚀性和反应寿命
(DOI
：
10.1016/j.jhazmat.2020.122764)
，是一种很有潜力的对
nZVI
进行改性的新方法
。
[0003]除上述方法之外，使用载体负载
nZVI
可以进一步提高后者的分散性
。
在诸多载体材料中，生物炭
(Biochar
，
BC)
由于其来源丰富
、
成本低廉
、
比表面积大
、
孔隙度高等优点被公认为是负载
nZVI
的一种良好载体，而使用氮元素对生物炭载体进行掺杂可进一步改善
nZVI/BC
复合材料的分散性和稳定性
。
[0004]然而，目前常用的方法是仅仅对
nZVI/BC
复合材料中的
BC
进行氮掺杂，对于不仅将
nZVI
氮化并且也同时对
BC
氮掺杂从而制备富氮化
nZVI/BC
复合材料
(Nitrogen
‑
enriched nZVI/BC
，
N
‑
nZVI/BC)
的报道非常稀少
。
不仅如此，已有的报道中制备这一类富氮化材料的步骤也非常繁琐，并且通常涉及到有毒气体如氨气
(DOI:10.1021/acs.est.1c08282.
；
DOI:10.1039/C7RA08704G.)
或吡啶气体
(DOI:10.1039/D1TA02446A.)
的使用
。
同时已存在的对生物炭掺杂氮的方式大多数为使用三聚氰胺，氨基酸等高成本氮源对生物炭进行外部掺杂，很少有使用富氮生物质作为内部氮源进行氮掺杂的
N
‑
nZVI/BC
材料制备方法
。
据我们所知，目前还没有在不使用有毒气体的情况下在较温和较环保的条件下同时实现生物碳的氮掺杂和
nZVI
的部分氮化的报道
。
并且目前文献中报道的纳米零价铁类复合材料通常需要额外的氧化剂如双氧水
、
过硫酸盐等才能实现对污染物的有效降解
。
[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提供一种制备
N
‑
nZVI/NBC
复合材料的简单方法，通过选用合适的铁源和废弃生物质原料，一步热解得到
N
‑
nZVI/NBC
复合材料
。
该方法能同时完成对
nZVI
的氮化和对
BC
的氮掺杂，不涉及到任何有毒气体的使用且有效利用了废弃生物质，选用的两种废弃生物质共热解可以提高生物炭的性能，具有工艺简单
、
易于操作
、
成本低
、
安
全性高等特点，非常有利于大规模生产
。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的一是合适的铁源和废弃生物质原料，无需任何有毒气体以及无需采用高成本氮源，即可同时完成对
nZVI
的氮化和对
BC
的氮掺杂
(N
‑
nZVI/NBC)。
[0007]本专利技术目的二是提供一种
N
‑
nZVI/NBC
复合材料在催化降解有机物中的应用
。
[0008]为实现本专利技术目的，所采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供一种
N
‑
nZVI/NBC
复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)
取废茶叶和藻类植物清洗，然后放入
40
‑
100℃
的烘箱中彻夜烘干
。
[0011](2)
取烘干的废茶叶和藻类植物，用粉碎机将其粉碎后用检验筛筛分，取筛分后的废茶粉和藻类植物粉
。
[0012](3)
称取适量的高铁酸钾
、
藻类植物粉以及废茶粉放入研钵中，研磨
20
‑
50min
，使三种物质充分混合
。
高铁酸钾，藻类植物粉以及废茶粉按质量比
1:1:1
‑
1:5:10
混合
。
[0013](4)
将步骤
(3)
中得到的混合物放入石英舟中，再将石英舟放置于管式炉中
。
先往管式炉通入氮气，再以3‑
5℃/min
的升温速率升至
40
‑
100℃
，并在该温度下保持
40
‑
60min
以除湿除氧
。
[0014](5)
再以3‑
5℃/min
的升温速率升至
500<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种富氮化纳米零价铁
/
生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
取茶叶和藻类植物，清洗后烘干，粉碎，筛分得茶粉以及藻类植物粉；
(2)
称取高铁酸钾，藻类植物粉以及茶粉按质量比
1:1:1
‑
1:5:10
混合研磨，充分混合后放入石英舟，并置于管式炉中，在氮气保护下，将管式炉升温进行除湿除氧；
(3)
再将管式炉升温至
500
‑
700℃
，并在该温度条件下反应，随后冷却至室温，洗涤，干燥，得到富氮化纳米零价铁
/
生物炭复合材料，计
N
‑
nZVI/NBC。2.
根据权利要求1所述富氮化纳米零价铁
/
生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述高铁酸钾，藻类植物粉以及茶粉质量比为
1:1:1
‑
1:5:1
，研磨时间为
20
～
50min...

【专利技术属性】
技术研发人员：周美春，王恺，高静，
申请(专利权)人：江苏中吴环保产业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：