[发明专利]一种纳米四氧化三铁/改性生物炭复合材料及其制备方法和应用

说明书

一种纳米四氧化三铁/改性生物炭复合材料及其制备方法和应用，取玉米秸秆，洗净后烘干至恒重；将秸秆粉碎后过筛，得到秸秆粉末；将秸秆粉末放入马弗炉中，裂解反应得生物炭；将上述制备的生物炭用去离子水清洗，并采用硝酸作为改性剂，在搅拌条件下反应，最后用去离子水清洗，过滤干燥后得改性生物炭；将改性生物炭加入氨水溶液中，加入分散剂聚乙二醇；在超声和搅拌条件下加入含有FeSO₄·7H₂O和FeCl₃·6H₂O的溶液；反应后静置老化，磁性分离得到纳米四氧化三铁/改性生物炭复合材料。该方法制备的复合材料中纳米四氧化三铁粒均匀分布在改性生物炭表面，四氧化三铁和改性生物炭通过Fe‑O和Fe‑OH结合，结构性能稳定。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种纳米四氧化三铁/改性生物炭复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

四氧化三铁（Fe₃O₄）具有活化双氧水（H₂O₂）产生羟基自由基（•OH，E⁰=2.80V）的功能。因此，四氧化三铁活化双氧水在地表水、地下水和土壤修复领域被广泛应用。和四氧化三铁相比，纳米四氧化三铁具有更大的比表面积和更多的活性位点，修复污染物效果更优。但由于纳米材料自身的团聚性，限制了其性能的进一步提升。

生物炭是生物质厌氧条件下的产物，具有片层结构，其比表面积大且富含羰基（-C=O）、羧基（-COOH）和羟基（-OH）等含氧基团。将纳米四氧化三铁原位沉积生长在改性生物炭表面，首先，能够克服纳米四氧化三铁团聚问题，提高了比表面积，增大了纳米四氧化三铁活化双氧水反应的活性位点；其次，改性生物炭表面的含氧基团也具有活化双氧水的功能；最后，改性生物炭表面非极性的性质有利于含氯有机物（比如氯苯）的吸附和聚集，在活化双氧水降解氯苯体系中实现吸附-降解双功能。

近年来，有不少研究者先利用沉淀法制备纳米四氧化三铁，然后将纳米四氧化三铁与生物炭结合一起，制备出纳米四氧化三铁/生物炭复合材料。但是他们的制备方法主要为两步，第一步先制备出纳米的四氧化三铁；第二步将纳米四氧化三铁粒子与生物炭溶液混合。此制备方法步骤繁琐，制备出来的纳米四氧化三铁颗粒团聚明显，四氧化三铁在生物炭表面分布不均且四氧化三铁与生物炭结合不强。本发明针对现有技术的缺点，简化制备步骤，采用反向共沉淀法原位制备纳米四氧化三铁/生物炭复合材料。该复合材料中纳米四氧化三铁粒均匀分布在改性生物炭表面，四氧化三铁和改性生物炭通过Fe-O和Fe-OH结合，结构性能稳定。

发明内容

解决的技术问题：针对现有纳米四氧化三铁/生物炭复合材料制备方法步骤繁琐、纳米四氧化三铁颗粒团聚、四氧化三铁在生物炭表面分布不均和纳米四氧化三铁与生物炭结合力不强的缺点，本发明提供了一种纳米四氧化三铁/改性生物炭复合材料及其制备方法和应用。该方法制备的复合材料中纳米四氧化三铁粒均匀分布在改性生物炭表面，四氧化三铁和改性生物炭通过Fe-O和Fe-OH结合，结构性能稳定。