一种鸡粪衍生生物炭负载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鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁粒子及其制备方法和脱除水中Cr(

【技术实现步骤摘要】
一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境修复材料
，尤其涉及一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁粒子及其制备方法和脱除水中Cr(
Ⅵ
)的应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的发展，特别是生产活动的工业化，因生产存储或处置不当，导致铬离子进入水体造成环境污染事件时有发生。铬是一种有毒的重金属，在电镀、冶金、皮革和铬酸盐制造等行业均有应用。在自然环境中，铬主要以Cr(Ⅲ) 和 Cr(
Ⅵ
)两种形式存在，其中Cr(Ⅲ)在天然水中易以稳定的络合物形式存在，而Cr(
Ⅵ
)具有较高毒性，可溶于水体，难以沉淀，易迁移，常以含氧阴离子的形式（CrO
42
‑
、HCrO4‑
和Cr2O
72
‑
）存在。因其具有致癌性，环境持久性和生物累积性，如果通过食物链最终进入人体会对人类的身体健康造成潜在的威胁。与Cr(
Ⅵ
)相比，Cr(Ⅲ)的毒性对环境影响较小，把Cr(VI)转化为Cr(III)离子是众多学者研究降低铬污染风险的有效途径之一。因此，去除水中Cr(
Ⅵ
)非常有必要。
[0003]目前，各种技术已经应用在修复受Cr(VI)污染的环境上，其中包括纳滤膜法、化学沉淀法、离子交换法、吸附法、还原法、电渗析法和光催化法。纳米零价铁(nZVI)因其具有较强的还原性，对铬污染水体反应时效快，效果好，适用性广，短时间内能实现修复目标，而成为了广大科研学者关注的焦点之一。
[0004]nZVI是指具有纳米级粒径的零价铁粒子，具有较强的还原性及反应活性，可以通过吸附金属离子并与之发生氧化还原反应，使得污染物的毒性得以降低；但未改性的nZVI易团聚和易被氧化，导致其反应活性降低，因此为了提高nZVI的稳定性和活性，对其改性是非常有必要的。目前nZVI改性的技术主要有纳米双金属、表面包覆、乳化nZVI和固体负载，其中固体负载因负载材料来源多样和经济性而受到广泛关注；有通过将nZVI负载在膨润土中，有效提高了nZVI的反应活性的；也有用水稻秸秆制备出生物炭，并将nZVI负载在生物炭上面，有效脱除了水中的Cr(
Ⅵ
)的；还有利用废弃的药渣制备出了含nZVI的生物炭复合材料，实现对水中Cr(
Ⅵ
)高效去除的。目前的研究表明，将nZVI负载至特定载体上，是一种可以提高其抗团聚性和抗氧化性的有效方法。
[0005]将nZVI负载至生物炭上，是一种绿色高效的环境修复材料，比单一未改性的nZVI具有更大的应用价值。据目前了解，未有制备鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁（nZVI@CMBC）的相关报道。本文通过高温热解法，将发酵后的鸡粪制备成鸡粪衍生生物炭(CMBC)，将nZVI负载在CMBC表面及其孔道内部，成功制备出nZVI@CMBC新型复合材料，从而有效克服未改性nZVI的易团聚和易被氧化问题，结合传统生物炭与纳米零价铁粒子的各自优点，利用其还原、络合、共沉淀及离子交换作用，将其吸附在材料上，以此在短时间内实现对水中Cr(
Ⅵ
)的高效脱除，最大限度的发挥nZVI的还原性。希望能够在实现废物利用的同时，也为nZVI在环境修复领域的应用提高可行性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料及其制备方法和水中Cr(
Ⅵ
)的脱除方法，本方法所提供复合材料的原材料来源广泛，制备过程简单，回收难度小，通过该复合材料对Cr(
Ⅵ
)产生了还原、络合、共沉淀及离子交换作用，将其吸附在材料上，实现高效脱除水中Cr(
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)，废物得以充分利用，实现了“以废治废”。
[0007]本专利技术提供了一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料，包括鸡粪所制备的生物炭（CMBC）和负载在所述生物炭表面及内部孔道的纳米零价铁粒子（nZVI）。
[0008]优选的，所述鸡粪包括发酵鸡粪。
[0009]优选的，所述纳米零价铁粒子充分负载在CMBC表面及内部孔道中，形成零价铁包覆层。
[0010]优选的，所述纳米零价铁粒子的粒径为20~100nm。
[0011]本专利技术提供了一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：a) 惰性气体保护下，将鸡粪于管式炉中进行高温热解，冷却后用酸溶液脱除杂质，清洗数次后干燥获得鸡粪衍生生物炭颗粒；b) 将鸡粪衍生生物炭和亚铁盐溶液在水中混合均匀，获得鸡粪衍生生物炭
‑
亚铁盐混合溶液；c) 在惰性气体保护下，将所述混合溶液与还原剂进行氧化还原反应，获得鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁悬浮液；d) 将所述悬浮液进行固液分离，并清洗黑色固体颗粒，干燥后获得鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁颗粒。
[0012]优选的，步骤a) 中，所述鸡粪包括发酵鸡粪。
[0013]优选的，步骤a) 中，所述鸡粪衍生生物炭的粒径为5~100
㎛
，孔径为0.5~1.5
㎛
优选的，步骤a) 中，所述高温热解的温度包括400~1000℃；所述高温热解的时间为2~4h。
[0014]优选的，步骤a) 中，所述酸溶液包括盐酸溶液；所述酸溶液的浓度为0.5~5.0mol/L。
[0015]优选的，步骤a) 中，所述清洗使用去离子水清洗数次。
[0016]优选的，步骤a) 中，所述干燥包括鼓风干燥，干燥时间为24~48h。
[0017]优选的，步骤a) 具体包括：所述鸡粪自然晾干后，研磨过筛，取过筛后的颗粒于管式炉中高温热解，冷却后使用酸溶液对杂质进行脱除，脱除完毕后对固体颗粒进行清洗，直至滤液pH呈中性后，干燥得到鸡粪衍生生物炭颗粒。
[0018]优选的，步骤b) 中，所述亚铁盐溶液包括硫酸亚铁溶液；所述硫酸亚铁溶液的浓度为0.045~0.09mol/L。
[0019]优选的，步骤b) 中，所述混合溶液中的铁元素和鸡粪衍生生物炭的质量比为1：（0.2~5）。
[0020]优选的，步骤b) 具体包括：所述亚铁盐完全溶解后，加入鸡粪衍生生物炭，不断搅拌使得溶液充分混合，得到
鸡粪衍生生物炭
‑
亚铁盐混合溶液。
[0021]优选的，步骤c) 中，所述惰性气体包括高纯氮气；所述氧化还原反应前通入惰性气体30min以上。
[0022]优选的，步骤c) 中，所述还原剂包括硼氢化钠溶液；所述硼氢化钠溶液的浓度为0.53~1.06mol/L。
[0023]优选的，步骤c) 中，所述搅拌的转速优选300~600rpm/min。
[0024]优选的，步骤c) 中，所述氧化还原反应的温度为10~35℃；所述氧化还原反应的时间为0.5~2h。
[0025]优选的，步骤c) 具体包括：在惰性气体保护下，将所述还原剂以缓慢滴加的方式滴入混合溶液中并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料，其特征在于，包括以鸡粪为原材料制备的衍生生物炭和负载在所述鸡粪衍生生物炭表面及内部孔道上的纳米零价铁粒子。2.根据权利要求1所述的鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料，其特征在于，所述鸡粪为发酵鸡粪。3.根据权利要求1所述的鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁复合材料，其特征在于，所述鸡粪衍生生物炭粒径为5~100
㎛
，孔径为0.5~1.5
㎛
，所述纳米零价铁粒子的粒径为20~100
㎚
。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述鸡粪衍生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)惰性气体保护下，将鸡粪于管式炉中进行高温热解，冷却后用酸溶液脱除杂质，清洗后干燥获得鸡粪衍生生物炭颗粒；b)将鸡粪衍生生物炭和亚铁盐溶液在水中混合均匀，获得鸡粪衍生生物炭
‑
亚铁盐混合溶液；c）在惰性气体保护下，将步骤b）的混合溶液与还原剂进行氧化还原反应，获得鸡粪衍生生物炭负载纳米零价铁悬浮液；d)将步骤c）悬浮液...

【专利技术属性】
技术研发人员：方圣琼，朱健泷，汪凯，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：