生物炭负载硫化纳米零价铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物炭负载硫化纳米零价铁及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将生物炭和硫酸亚铁水溶液混合，在氮气或惰性气体环境下，搅拌至少1h，滴加混合溶液，滴加后搅拌至少1h，得到悬浮液，将悬浮液过滤，洗涤过滤所得固体，干燥，得到生物炭负载硫化纳米零价铁。本发明专利技术的生物炭负载硫化纳米零价铁耦合硫化和生物炭改性，克服了颗粒团聚易氧化、电子利用率低、电子转移电阻大等缺陷，最终实现在修复地下水四溴双酚A中高的反应性和电子利用率，应用前景广泛。应用前景广泛。应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
生物炭负载硫化纳米零价铁及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于四溴双酚A降解
，具体来说涉及一种生物炭负载硫化纳米零价铁及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]四溴双酚A是一种典型的难降解卤化有机化合物，由于其高效的阻燃效率和优越的热稳定性，是目前国内使用量大、应用广泛的阻燃剂之一。长期接触会对人体健康带来极大危害。传统的纳米零价铁对脱溴效果甚微，因此，如何找到一种高效、廉价的修复材料已经成为一个紧迫的问题。
[0003]纳米零价铁(nZVI)是最有前途的修复卤化有机物(HOCs)污染地下水的方法之一。然而，nZVI的快速聚集和无选择地反应(主要是厌氧条件下的析氢反应(HER))降低了其迁移率、反应性和选择性，进一步限制了其在原位修复中的大规模应用。在已提出的提高nZVI反应性的增强对策中，聚合物稳定、贵金属掺杂、载体和硫化处理是最有前途的。
[0004]近年来，于nZVI的硫化处理能够显著提高选择性和电子利用率(来自零价铁的电子被用于降解四溴双酚A的比例)，因此，硫化纳米零价铁被广泛用于降解地下水的四溴双酚A,并且已经取得优异的效果。然而，在反应前期，硫化纳米零价铁对四溴双酚A的降解速率还是相对较慢。这可能是硫化纳米零价铁的团聚限制了它的反应性，并且高的电子转移电阻也降低了反应速率。此外，团聚问题也降低了硫化纳米零价铁的电子利用率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种生物炭负载硫化纳米零价铁的制备方法，该制备方法通过一步硫化法制备生物炭负载硫化纳米零价铁，在制备过程中，可以选择玉米秸秆为碳源，混合生物炭和铁盐，搅拌均匀，然后滴加硼氢化钠和连二亚硫酸钠的混合溶液，使还原和硫化同时进行，最终得到生物炭负载硫化零价铁复合材料。
[0006]本专利技术的另一目的是提供上述制备方法获得的生物炭负载硫化纳米零价铁。
[0007]本专利技术的另一目的是提供上述生物炭负载硫化纳米零价铁在降解四溴双酚A中的应用。
[0008]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0009]一种生物炭负载硫化纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)将生物炭和硫酸亚铁水溶液混合，在氮气或惰性气体环境下，搅拌至少1h，滴加混合溶液，滴加后搅拌至少1h，得到悬浮液，其中，所述混合溶液为水、硼氢化钠和连二亚硫酸钠的混合物，所述生物炭的质量份数和所述硫酸亚铁水溶液中硫酸亚铁的物质的量份数的比为(21～22)：1，质量份数的单位为g，物质的量份数的单位为mol，按物质的量份数计，所述硼氢化钠、连二亚硫酸钠和硫酸亚铁水溶液中硫酸亚铁的比为5:(0.05～0.25):1；
[0011]在所述步骤1)中，所述硫酸亚铁水溶液中硫酸亚铁的浓度为0.03～0.04mol/L。
[0012]在所述步骤1)中，所述混合溶液中连二亚硫酸钠的浓度为0.0018～0.009mol/L。
[0013]在所述步骤1)中，滴加所述混合溶液的速度为3～5mL/min。
[0014]在所述步骤1)中，制备所述生物炭的方法为：将生物质原料粉碎成粉末，烘干，炭化，洗涤，烘干，得到所述生物炭，其中，所述炭化的方法为：在限氧环境下于300～700℃处理2～3h。
[0015]在上述技术方案中，所述生物炭的粒径为100～500μm。
[0016]在上述技术方案中，所述烘干的温度为40～70℃，所述烘干的时间为12～24h。
[0017]在上述技术方案中，所述洗涤采用水。
[0018]2)将步骤1)所得悬浮液过滤，洗涤过滤所得固体，干燥，得到生物炭负载硫化纳米零价铁。
[0019]在所述步骤2)中，所述洗涤为先后依次用脱氧去离子水和无水乙醇清洗。
[0020]在所述步骤2)中，所述干燥为冷冻干燥，所述冷冻干燥的时间大于等于24h。
[0021]上述制备方法获得生物炭负载硫化纳米零价铁，包括：生物炭以及负载在其上的硫化纳米零价铁，所述硫化纳米零价铁为零价铁和铁硫化物的混合物，按物质的量份数计，所述硫化纳米零价铁中硫和铁的比为(0.035～0.126):1。
[0022]上述生物炭负载硫化纳米零价铁在降解四溴双酚A中的应用。
[0023]在上述技术方案中，降解方法为：在限氧条件下，将所述生物炭负载硫化纳米零价铁投入待降解液中，震荡反应即可。
[0024]在上述技术方案中，所述生物炭负载硫化纳米零价铁投入待降解液后，所述待降解液中生物炭负载硫化纳米零价铁的浓度为1～2g/L。
[0025]在上述技术方案中，所述待降解液的pH为3～11。
[0026]在上述技术方案中，降解前所述待降解液中四溴双酚A的浓度为5～20mg/L。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)本专利技术的生物炭负载硫化纳米零价铁耦合硫化和生物炭改性，克服了颗粒团聚易氧化、电子利用率低、电子转移电阻大等缺陷，最终实现在修复地下水四溴双酚A中高的反应性和电子利用率，应用前景广泛。
[0029](2)该生物炭负载硫化纳米零价铁利用生物炭对污染物的吸附性，提高污染物在活性位点上的局部浓度，从而增加污染物和活性位点的接触。此外，生物炭自身作为导电基质也可以有效传输电子。此复合材料最终将污染物转化为低污染的降解产物，在地下水和土壤修复方面有很大的前景。
附图说明
[0030]图1为实施例1～3制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁、对比例1制备所得硫化纳米零价铁以及对比例2制备所得生物炭负载纳米零价铁对四溴双酚A的降解效率；
[0031]图2为电镜图，其中，(a)为对比例1制备所得硫化纳米零价铁的扫描电镜图(SEM)，(b)为实施例2制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁的扫描电镜图(SEM)，(c)为对比例2制备所得生物炭负载纳米零价铁的透射电镜图(TEM)，(d)为实施例1制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁的透射电镜图(TEM)，(e)为实施例2制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁的透射电镜图(TEM)，(f)为实施例3制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁的透射电镜图(TEM)；
[0032]图3为实施例1～3制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁以及对比例1制备所得硫化纳米零价铁的XRD；
[0033]图4为图3中42～47
°
的扩大图；
[0034]图5为实施例1～3制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁、对比例1制备所得硫化纳米零价铁以及对比例2制备所得生物炭负载纳米零价铁的电子效率(EE)图；
[0035]图6为实施例1～3制备所得生物炭负载硫化纳米零价铁、对比例1制备所得硫化纳米零价铁以及对比例2制备所得生物炭负载纳米零价铁的电化学阻抗(EIS)拟合图。
具体实施方式
[0036]下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0037]下述水为去离子水。
[0038]限氧环境通过通入氮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭负载硫化纳米零价铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将生物炭和硫酸亚铁水溶液混合，在氮气或惰性气体环境下，搅拌至少1h，滴加混合溶液，滴加后搅拌至少1h，得到悬浮液，其中，所述混合溶液为水、硼氢化钠和连二亚硫酸钠的混合物，所述生物炭的质量份数和所述硫酸亚铁水溶液中硫酸亚铁的物质的量份数的比为(21～22)：1，质量份数的单位为g，物质的量份数的单位为mol，按物质的量份数计，所述硼氢化钠、连二亚硫酸钠和硫酸亚铁水溶液中硫酸亚铁的比为5:(0.05～0.25):1；2)将步骤1)所得悬浮液过滤，洗涤过滤所得固体，干燥，得到生物炭负载硫化纳米零价铁。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述硫酸亚铁水溶液中硫酸亚铁的浓度为0.03～0.04mol/L，所述混合溶液中连二亚硫酸钠的浓度为0.0018～0.009mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，滴加所述混合溶液的速度为3～5mL/min；在所述步骤1)中，制备所述生物炭的方法为：将生物质原料粉碎成粉末，烘干，炭化，洗涤，烘干，得到所述生物炭，其中，所述炭化的方法为：在限氧环境下于300～700℃处理2～3h。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐景春，郜飞龙，刘庆龙，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：