[发明专利]生物炭-铁卟啉复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物炭‑铁卟啉复合材料及其制备方法和应用，该生物炭‑铁卟啉复合材料包括生物炭和铁卟啉，铁卟啉负载在生物炭上，二者的质量比为5～20∶1。其制备方法包括以下步骤：将生物炭、铁卟啉与有机溶剂混合进行溶剂热反应，过滤，洗涤，干燥，得到生物炭‑铁卟啉复合材料。本发明生物炭‑铁卟啉复合材料具有催化活性好、稳定性好、环境友好等优点，其制备方法具有工艺简单、原料廉价、生产成本低等优点，且具有过程可控制、易操作等优点，适合于大规模制备，有利于工业化生产。本发明生物炭‑铁卟啉复合材料能够高效活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，从而有效降解水体中的全氟辛酸，对于有效处理水体中全氟辛酸具有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于废水处理和环境催化技术领域，涉及一种生物炭-铁卟啉复合材料及其制备方法和应用。

技术背景

全氟辛酸是一种有机酸，常用作表面活性剂、乳化剂。全氟辛酸化学结构稳定，具有很强的C-F键，很难从环境中降解，在土壤、地表水及地下水中被频繁检出。全氟辛酸具有生物蓄积性，有可能通过食物、空气和水进入人体，从而造成导致生育率下降以及其他免疫系统疾病。目前，全氟辛酸的处理方法有：吸附法、光处理法、电解法和氧化法等，其中，应用最广的为吸附法，但吸附法存在着洗脱液的处理、二次污染及吸附剂再生等弊端。

过硫酸盐高级氧化技术主要利用硫酸根自由基氧化处理水体中的污染物，而硫酸根自由基具有氧化还原电位高、平均寿命长的优点，能够有效降解全氟辛酸。目前，硫酸根自由基由过硫酸盐激活产生，激活方式包括：热激活、过渡金属激活、电解激活等，其中以热激活为主。然而，采用热激活过硫酸盐的方式存在以下问题：用时长、活化效果差、能耗高。另外，以零价铁或二价铁为催化剂，虽然能够活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，但是零价铁和二价铁等催化剂在环境中不稳定，易转换成其他物质，从而无法获得较好的催化性能，导致对过硫酸盐的活化效果较差。因此，获得一种催化活性好、稳定性好、环境友好的用于活化过硫酸盐的催化剂，对于有效活化过硫酸盐以获得更多的硫酸根自由基，以及有效提高过硫酸盐高级氧化技术对全氟辛酸的去除效果具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化活性好、稳定性好、环境友好的生物炭-铁卟啉复合材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种生物炭-铁卟啉复合材料，所述生物炭-铁卟啉复合材料包括生物炭和铁卟啉，所述铁卟啉负载在生物炭上；所述生物炭与铁卟啉的质量比为5～20∶1。

作为一个总的技术构思，本发明提供了一种上述的生物炭-铁卟啉复合材料的制备方法，包括以下步骤：将生物炭、铁卟啉与有机溶剂混合进行溶剂热反应，过滤，洗涤，干燥，得到生物炭-铁卟啉复合材料。

上述的制备方法，进一步改进的，所述生物炭与铁卟啉的质量比为5～20∶1；所述铁卟啉与有机溶剂的比例为1g∶500mL。

上述的制备方法，进一步改进的，所述生物炭的制备方法包括以下步骤：将生物质烘干，粉碎，过筛，在氮气气氛下进行热解，洗涤，烘干，得到生物炭。

上述的制备方法，进一步改进的，所述生物炭的制备方法中，所述生物质为樟树叶；所述过筛为将粉碎后的生物质过80～200目筛；所述热解在温度为400℃～500℃下进行；所述热解的时间为4h～6h；所述洗涤为将热解所得产物先用浓度为1mol/L的盐酸溶液浸泡10h～16h，再用水清洗，直至洗涤液的pH值不再变化。

上述的制备方法，进一步改进的，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、氯仿中的至少一种；所述溶剂热反应在温度为80℃～100℃下进行；所述溶剂热反应的时间为8h～10h；所述干燥为真空干燥；所述真空干燥在30℃～40℃下进行。