【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境修复材料，尤其是涉及一种铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着经济的快速发展和工业化的迅速推进，在电镀、制革和采矿等行业中会产生大量含铬废水，由于泄露、处理不当和排放进入自然水体中造成污染。铬在自然环境中以+3价和+6价为主，其中cr(ⅲ)是人体必需的微量元素，而cr(ⅵ)是典型的有害重金属离子之一，迁移性强，且具有高毒性，致癌性和致突变性。过量的cr(ⅵ)会严重威胁水环境安全和人体健康，因此水体cr(ⅵ)污染问题越来越受到社会各界的关注。
2、目前修复cr(ⅵ)污染主要的方法包括吸附法，膜分离法和生物法等，最有效的方法是将其还原为低毒性的cr(ⅲ)。零价铁的还原性较强(e0＝(fe2+/fe＝-0.44v))，来源丰富且价格低廉，因此常作为环保型功能材料用于吸附水体cr(ⅵ)污染。但该修复技术存在着零价铁颗粒易团聚、易失活和易钝化等缺陷，如纳米零价铁因高表面能和磁性而易聚集，降低了其活性和流动性；零价铁在制备和反应过程中，表面易被氧化或累积腐蚀产生的铁(氢)氧化物而形成钝化层，阻碍了电子从颗粒核心转移至表面，降低了其反应活性。为解决以上问题，主要采用以下两种方法对零价铁进行改性：1)生物炭负载法；2)表面改性法。为实现最大化零价铁的反应活性，目前已有结合了上述两种改性方法对其进行双重改性的研究，如cn 116240027a公布了一种硫化纳米零价铁掺杂生物炭的制备方法，将荷叶茎秆/农作物秸秆热解制备得到生物炭后，将其加入三价铁盐和聚乙二醇的混合溶液中，持续
3、因此如何获得一种高效、低成本且反应活性强的改性零价铁材料是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术是为了克服现有技术中存在的上述问题，提供一种铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料及其制备方法和应用，将mgfe2o4与fe0结合，可有效降低fe0颗粒的电阻，从而促进电子从fe0核心传导至表面吸附的污染物。另外，fe2+可将反应过程中腐蚀产生的碱式氧化铁转化为fe3o4，减缓fe0颗粒的钝化作用；并且，本专利技术的制备方法步骤简单，无需还原剂、且不产生废水，是一种绿色环保的制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将富铁污泥烘干并粉碎；
5、(2)将无水氯化镁粉碎后加入烘干后的富铁污泥中，搅拌均匀后得到污泥前驱体；
6、(3)将污泥前驱体在惰性气体保护下和700±50℃的高温下进行热解，冷却后得到所述铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料。
7、本专利技术mgfe2o4和fe2+耦合fe0@bc的生成原理是：①氧化还原反应，富铁污泥中的有机物分解后产生炭、一氧化碳和氢气等还原性物质，但这些物质在700℃下只能将部分铁氧化物还原成fe0；②氯化反应，mgcl2在热解过程中分解形成cl2和hcl，部分铁氧化物被氯化镁直接氯化或被cl2和hcl间接氯化生成fecl2/fecl3，但在700℃的高温下，fecl3已完全挥发，fecl2还是以固体的形式存留于复合材料中；③合成反应，氯化镁分解形成的mgo与铁氧化物反应生成mgfe2o4。
8、mgfe2o4是一种软磁n型半导体材料，具有尖晶石结构，其中mg2+和fe3+离子位于四面体和八面体的间隙中，氧原子则形成一个紧密堆积的面心立方体结构，其具有较窄的带隙(～2.0ev)，目前已应用于多相催化、光催化、传感器、吸附等多个
本专利技术将mgfe2o4与fe0结合，可有效降低fe0颗粒的电阻，从而促进电子从fe0核心传导至表面吸附的污染物。另外，fe2+可将反应过程中腐蚀产生的碱式氧化铁(γ-feooh)转化为fe3o4，减缓fe0颗粒的钝化作用，从而显著提升零价铁材料的反应活性。mgfe2o4可通过高温煅烧mgo和fe2o3的混合物制得，而fecl2可通过氯化反应产生。本专利技术通过富铁污泥与mgcl2混合后热解，此过程中铁氧化物发生氯化挥发反应、氧化还原反应和mgfe2o4合成反应，通过控制反应条件，同时生成fe0，mgfe2o4，fecl2和生物炭，从而制备得mgfe2o4和fe2+协同活化的fe0@bc。本专利技术的制备方法步骤简单，无需还原剂、且不产生废水，是一种绿色环保的制备方法。
9、作为优选，步骤(1)中的富铁污泥含铁量为25～35wt％。
10、作为优选，步骤(1)中将富铁污泥在70～100℃下烘干至恒重。
11、作为优选，步骤(1)中将烘干后的富铁污泥粉碎至粒径不大于100目。
12、作为优选，步骤(2)中无水氯化镁和富铁污泥的质量比为1.2～2.7:10.0。无水氯化镁添加量过少,无法产生所需的mgfe2o4和fe2+，添加过多则会导致产生的mgfe2o4太厚，影响fe0的电子传导效率。
13、作为优选，步骤(2)中将无水氯化镁粉碎至粒径不大于100目。
14、作为优选，步骤(3)中热解时惰性气体的流速为200～600ml/min。在热解过程中，有机物分解后产生co和h2，mgcl2热解过程中产生的hcl和cl2等会进入到载气中，因此改变惰性气体的流速可能会改变复合材料的性质，进而影响cr(ⅵ)去除效率。
15、作为优选，步骤(3)中的热解时间为15～60min。热解过程中保持时间也会对fe0@bc的性质产生影响，停留时间越长会形成更多的fe0，并且更多的fecl2会挥发，从而改变复合材料的性质和cr(ⅵ)的去除性能。
16、作为优选，步骤(3)中热解时的升温速率为2～4℃/min。
17、第二方面，本专利技术提供了一种使用上述制备方法制得的铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料。
18、第三方面，本专利技术提供了一种使用上述制备方法制得的铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料在去除水体cr(ⅵ)污染中的应用。
19、因此，本专利技术具有如下有益效果：
20、(1)将mgfe2o4与fe0结合，可有效降低fe0颗粒的电阻，从而促进电子从fe0核心传导至表面吸附的污染物，提升反应活性；
21、(2)fe2+可将反应过程中腐蚀产生的碱式氧化铁(γ-feooh)转化为fe3o4，减缓fe0颗粒的钝化作用；
22、(3)制备方法步骤简单，无需还原剂、且不产生废水，是一种绿色环保的制备方法。
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1.一种铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中的富铁污泥含铁量为25~35wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中将富铁污泥在70~90℃下烘干至恒重。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中将烘干后的富铁污泥粉碎至粒径不大于100目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（2）中无水氯化镁和富铁污泥的质量比为1.2~2.7:10.0。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征是，步骤（2）中将无水氯化镁粉碎至粒径不大于100目。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（3）中热解时惰性气体的流速为200~600 mL/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（3）中热解时的升温速率为2~4℃/min，热解时间15~60min。
9.一种使用如权利要求1~8任一所述的制备方法制得的铁酸镁和亚铁离子耦
10.一种使用如权利要求1~8任一所述的制备方法制得的铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料在去除水体Cr(Ⅵ)污染中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种铁酸镁和亚铁离子耦合的零价铁生物炭复合材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中的富铁污泥含铁量为25~35wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中将富铁污泥在70~90℃下烘干至恒重。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中将烘干后的富铁污泥粉碎至粒径不大于100目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（2）中无水氯化镁和富铁污泥的质量比为1.2~2.7:10.0。
6.根据权利要求1或5所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张棋，叶雪珠，伍少福，陈德，赵首萍，肖文丹，赵朕，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：
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