一种铁铜双金属改性生物炭材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铁铜双金属改性生物炭材料及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：将干燥豆渣研磨后，浸泡于亚铁离子和铜离子的混合溶液中，吸附亚铁离子和铜离子，然后干燥，得生物质前体物质；将生物质前体物质与混合盐混合研磨，然后在缺氧环境中进行高温热解，得铁铜双金属改性生物炭材料。制备的铁铜双金属改性生物炭BCN@Fe4Cu

【技术实现步骤摘要】
一种铁铜双金属改性生物炭材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物质固废资源利用
，涉及含油污水的氧化降解，尤其涉及一种铁铜双金属改性生物炭材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]含油污水是石油和天然气行业产生的最大量的废物，这些水是在陆上和海上作业的原油和天然气生产过程中同时产生的，其中含有较高浓度的石油烃。石油中含有高浓度的金属(如钠、铝、钙、钡和锶)、有毒重金属、溴化物、致癌物质和天然存在的放射性物质，且石油烃具有高疏水性、低挥发性、低溶解度和高吸附能力，使修复工作具有挑战性，严重威胁了人类饮用水安全和水生生物的栖息环境。
[0004]近年来，对含油污水的治理主要采用物理修复、生物修复和化学修复。过硫酸盐是一种较强的化学修复应用的氧化剂(E0＝2.01V)，可通过各种活化方法产生硫酸根自由基(E0＝2.6V)降解大多数有机化合物，与其他氧化剂相比其自由基寿命更长。然而，单一的过硫酸盐修复时间过长，难以达到及时处理的目的。目前，已经应用了多种不同的活化方法，但是现有的活化方法效果较差。生物炭的金属掺杂是一种优异的活化过硫酸盐的方法，而将多价过渡金属引入到碳框架中以产生丰富活性位点的应用过程中，容易发生过渡金属浸出的情况，对水质造成二次污染。

技术实现思路

[0005]针对以上技术问题，本专利技术提供一种铁铜双金属改性生物炭材料及其制备方法与应用，该材料用于对过一硫酸盐进行活化后用于含油污水的高效处理，同时实现了农业废料的资源化利用，达到以废治污的目的。
[0006]基于现有技术的不足，本专利技术针对油田采出水物理和生物方法能耗大、周期长、处理后二次污染等特点制备了一种高效活化过硫酸盐降解总石油烃的铁铜双金属改性生物炭。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种铁铜双金属改性生物炭材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]将干燥豆渣研磨后，浸泡于亚铁离子和铜离子的混合溶液中，吸附亚铁离子和铜离子，然后干燥，得生物质前体物质；
[0010]将生物质前体物质与混合盐混合研磨，然后在缺氧环境中进行高温热解，得铁铜双金属改性生物炭材料。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种铁铜双金属改性生物炭材料，由所述制备方法制备而成。
[0012]第三方面，本专利技术提供所述铁铜双金属改性生物炭材料在活化过一硫酸盐处理含
油污水中的应用。
[0013]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0014]提供了一种铁铜双金属改性生物炭活化过一硫酸盐高效除油材料及其制备方法，既可以实现农业废弃物的资源化利用，也能够高效降解含油污水中的总石油烃。
[0015](1)本专利技术制备的铁铜双金属改性生物炭BCN@Fe4Cu
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900，制备过程简单，不外掺氮源，引入铁铜双金属提供了丰富的活性位点，加速了电荷转移效率，增强了活化过一硫酸盐能力，经KCl/NaCl熔融盐改性后，催化剂比表面积增加，吸附能力大大提升。0.5g/L生物炭催化剂活化4mM过一硫酸盐投加到浓度约为200mg/L的模拟含油污水中，180分钟对水中总石油烃的去除率为91.1％。
[0016]杂原子掺杂改性，特别是氮掺杂，可以定制碳网络的活性位点和局部电子结构，从而促进催化反应的进行。然而，掺氮生物炭的制备通常需要添加外部氮源如尿素，会增加制备成本，限制其大规模生产。本专利技术选用废弃豆渣作为生物质，其丰富的蛋白质含量是制备氮掺杂生物炭的优质前体。
[0017]无毒的熔盐(NaCl/KCl)(摩尔比为1:1)，熔点低至657℃，可以作为制备碳纳米片的保护和活化介质。生物质在熔盐介质中被碳化，sp3C
‑
X键(X＝C、H或O)可以转化为sp2键的类石墨烯碳网络片。值得注意的是，NaCl/KCl可以很容易地用蒸馏水洗掉并循环使用，从而避免了使用一些昂贵的、对环境不友好的清洗试剂(如HCl、 NaOH或HF)。
[0018]氮掺杂碳以及铜和铁的联合作用有利于提高电荷转移效率和调节电子结构，进而提高催化剂的活性，熔融盐的引入使生物炭形成细密的炭纳米片以提供大的比表面积和接触位点，同时也提高了催化剂的吸附能力。使制备的铁铜双金属改性生物炭具备高效活化过硫酸盐降解总石油烃的能力和处理各种污染废水的潜力。
[0019](2)与其他技术(物理方法如气浮、生物方法如MBR)相比，本专利技术制备的铁铜双金属改性生物炭活化过一硫酸盐降解油田采出水中总石油烃反应体系能够实现对粒径小于100μm的乳化油和溶解油有效吸附并发生氧化，进而达到彻底去除石油烃的效果。不仅仅针对油田采出水，对于含有各种难降解有机物的废水均有优异的降解效果。铁铜双金属改性生物炭制备操作简单，费效比高，具有较好的应用的前景。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1是本专利技术实施例1制备的铁铜双金属改性生物炭 BCN@Fe4Cu
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900的SEM图像；
[0022]图2是本专利技术实施例1中未改性生物炭、铁单金属改性生物炭、铁铜双金属改性生物炭的XRD图像；
[0023]图3是本专利技术实施例1中不同热解温度的铁铜双金属改性生物炭 BCN@Fe4Cu
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700、BCN@Fe4Cu
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800、BCN@Fe4Cu
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900的XRD图像；
[0024]图4是本专利技术实施例2中未改性生物炭、铁单金属改性生物炭、铁铜双金属改性生物炭对总石油烃的催化去除率对比图；
[0025]图5是本专利技术实施例3中不同热解温度的铁铜双金属改性生物炭 BCN@Fe4Cu
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700、BCN@Fe4Cu
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800、BCN@Fe4Cu
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900对总石油烃的催化去除率对比图；
[0026]图6是本专利技术实施例4中BCN@Fe4Cu
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900不同浓度对含油污水中TPH的降解效率对比图；
[0027]图7是本专利技术实施例4中不同浓度过一硫酸盐对TPH降解效果的对比图；
[0028]图8是本专利技术实施例6中，不同pH值下BCN@Fe4Cu
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900催化活化过一硫酸盐，对TPH的降解效果对比图；
[0029]图9是本专利技术实施例6中，不同pH值下BCN@Fe4Cu
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900催化活化过一硫酸盐，PH变化效果对比图。
具体实施方式
[0030]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁铜双金属改性生物炭材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将干燥豆渣研磨后，浸泡于亚铁离子和铜离子的混合溶液中，吸附亚铁离子和铜离子，然后干燥，得生物质前体物质；将生物质前体物质与混合盐混合研磨，然后在缺氧环境中进行高温热解，得铁铜双金属改性生物炭材料。2.根据权利要求1所述的铁铜双金属改性生物炭材料的制备方法，其特征在于：干燥豆渣研磨速度为30000
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40000r/min，研磨时间大于3min。3.根据权利要求1所述的铁铜双金属改性生物炭材料的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为50
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80℃。4.根据权利要求1所述的铁铜双金属改性生物炭材料的制备方法，其特征在于：高温热解过程中的氮气流速为0.05
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0.1L/min。5.根据权利要求1所述的铁铜双金属改性生物炭材料的制备方法，其特征在于：热解温度为700
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【专利技术属性】
技术研发人员：周维芝，雷建华，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：