一种施氏矿物铁基-生物炭复合材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种施氏矿物铁基

【技术实现步骤摘要】
一种施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料及其制备与应用


：
[0001]本专利技术属于环境材料与技术应用领域，具体涉及施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料及其制备与应用，协同提升施氏矿物固稳矿山环境中游离的低价无机砷的效果
。

技术介绍

：
[0002]砷是环境中存在的一种剧毒的类金属元素，伴随着矿山环境的开采，常见含砷矿物中的砷更易进入生物圈，从而对相关矿区周边的环境造成了严重的危害
。
自然界中游离的砷主要有无机砷及有机砷两大类，其中，无机砷的毒性是有机砷的近百倍，且
As(Ⅲ)
的毒性又是
As(V)
的
60
倍
。
因此，在矿区资源开采的同时，必须同时着眼于矿区砷的源头固稳过程
。
[0003]现有的研究主要通过预氧化
As(Ⅲ)
为
As(V)
后，借助各类改性吸附材料对三价砷实现减毒处理
。
常用于吸附
As(V)
的材料如黏土矿物
、MOF
材料
、
活性炭
、
生物炭等
。
由于生物炭来源广泛
、
低成本且具有大量含氧官能团，是具有巨大潜力的吸附材料，但由于生物炭在较大
pH
区间表面荷负电，其用于直接吸附液相阳离子污染物具有较好效果，然而对于主要以阴离子形态存在的无机砷污染物，使用受限
。<br/>施氏矿物
(Fe8O8(OH)8‑
2x
(SO4)
x
,1≤x≤1.75)
具有高比表面积
、
表面荷电为正，且晶体结构中的可交换硫酸根离子对于处理环境中的氧阴离子污染物有着良好的效果，研究人员主要通过化学氧化合成施氏矿物用于砷的处理过程，尽管化学合成的施氏矿物铁利用率较高，但施氏矿物易团聚，且化学合成过程消耗的大量高锰酸钾具有一定毒性，也不适用于矿区的原位处理过程
。
矿区酸性矿山废水
(AMD)
环境中广泛存在的嗜酸铁氧化微生物，可在自然温度条件下，高效诱导施氏矿物的产生，具有较高的环境兼容性
。
[0004]因此，本专利技术对比了生物炭
、
施氏矿物及合成负载施氏矿物的生物炭材料在不同溶液体系中的吸附效果，结合对新鲜材料表面及使用过材料表面特征的表征结果，验证并提出了合成负载施氏矿物的生物炭材料高效吸附低价砷的机制，并探究了最适体系的相关动力学条件参数
。

技术实现思路

：
[0005]本专利技术是为了提高生物炭吸附三价砷的能力，提供了一种施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料及其制备方法和应用
。
综合利用外源亚铁离子与浸矿细菌之间协同作用强化施氏矿物吸附砷，还通过调控生物合成的负载施氏矿物的生物炭材料吸附条件，并可以有效实现生物炭与施氏矿物协同固稳
AMD
中低价砷的作用
。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料的制备方法，氧化亚铁硫杆菌
(A.ferrooxidans
，
)
生物炭和
FeSO4反应得到
。
[0008]反应体系中：氧化亚铁硫杆菌的浓度为1×
108‑5×
108个
/mL
，生物炭质量浓度为
0.5
‑
5g/L
，
FeSO4浓度为
0.036
～
0.144M。
[0009]优选氧化亚铁硫杆菌的浓度范围1×
108‑5×
108个
/mL,
生物炭质量浓度为1‑
3g/L
，
FeSO4浓度为
0.144M。
[0010]反应温度控制在
30
‑
35℃
，
pH
为
1.7
‑
2.0
，转速
170
‑
200r/min。
[0011]反应
64
‑
80
小时后，过滤得到的固体，用蒸馏水冲洗，真空干燥
。
[0012]本专利技术还提供了所述的方法制备得到的施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料
。
[0013]本专利技术还提供了所述的施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料在三价
As
吸附中的应用
。
[0014]吸附三价砷的条件组合：施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料质量浓度为
1g/L
，反应温度控制在
20
‑
30℃
，转速
170
‑
200r/min
，反应
100
‑
120min。
[0015]液相体系
As
3+
浓度不超过
50ppm
；液相体系
pH 6
‑
8。
[0016]本专利技术生物合成菌种富集后用于制备施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料
。
富集过程如下：采用七水合硫酸亚铁盐作为能量源，首先配置
9K
浸出液相：
(NH4)2SO43.0g/L、KC10.1g/L、K2HPO40.5g/L、MgSO4·
7H2O0.5g/L、Ca(NO3)20.01g/L
，用
0.01mol/L H2SO4调整
pH
值至
2.0
，接种
107/ml
浓度的氧化亚铁硫杆菌，
30℃
条件下培养3天，离心后使用蒸馏水冲洗2次
。
[0017]生物合成施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料：接种
108/ml
浓度的氧化亚铁硫杆菌，
500℃
热解玉米生物炭材料的质量浓度为
0.5
‑
5g/L
，
0.036
～
0.144MFeSO4·
7H2O
，反应温度控制在
30℃
，
pH
为
1.7
‑
2.0
，转速
170r/min。
反应
72
小时后，过滤得到的固体，用蒸馏水冲洗3次，
35℃
真空干燥箱保存
。
[0018]本专利技术有益效果：
[0019]本专利技术对比已有技术具有以下创新点：
[0020]1.
施氏矿物自身具有堆叠的团聚问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，在氧化亚铁硫杆菌的介导下，由生物炭和
FeSO4反应得到
。2.
根据权利要求1所述的施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，生物炭粒径
0.036
‑
0.074mm。3.
根据权利要求1所述的施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，反应体系中：氧化亚铁硫杆菌的浓度1×
108‑5×
108个
/mL
，生物炭质量浓度为
0.5
‑
5g/L
，
FeSO4浓度为
0.036
～
0.144M。4.
根据权利要求1所述的施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，反应体系中：氧化亚铁硫杆菌的浓度范围1×
108‑5×
108个
/mL,
生物炭质量浓度为1‑
3g/L
，
FeSO4浓度为
0.144M。5.
根据权利要求1所述的施氏矿物铁基
‑
生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，反应温度控制在
30
‑
35℃
，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，于世超，杨宝军，刘洋，甘敏，刘红昌，刘仕统，廖蕤，洪茂鑫，孙欣，邬柏强，赵春晓，章可，李辉莹，胡珊，李漪，邱冠周，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：