[发明专利]负载有纳米单质铁的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种负载有纳米单质铁的复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料是一种产脲酶真菌菌丝体经矿化而成的生物碳表面负载纳米级单质铁所得到的复合材料。本发明的负载纳米单质铁的复合材料分散性能佳，对单质铁的负载能力强，具有良好的降解效果。

技术领域

本发明涉及生物材料领域，具体涉及一种负载有纳米单质铁的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

自1994年以来，零价铁粉已被有效地应用于降解卤化有机化合物，比较广泛地用于了例如排放污水的净化。为提高降解效果，对于零价铁粉的研究已转向纳米级尺寸。纳米零价铁(nano zero-valent iron，NZVI)是由纳米级(1-100nm)的零价铁粒子组成，由于其较高的比表面积与高活性，应用于降解污水中的卤代烃等污染物的净化具有更理想的效果。然而，纳米零价铁自身的高活性会使得在水溶液中易团聚失活，从而导致降解效率降低；且纳米零价铁粉接触到空气中的氧气也会迅速氧化而放热，热量较快累积，易造成自燃现象，相对危险，因此，通常纳米零价铁对存放条件要求较为苛刻。

解决纳米零价铁的自身团聚等问题，也是这类材料的研究热点之一。已经有报道和公开的一些方案中使用了特定的负载材料(或称载体)，如活性碳、海泡石等，为纳米零价铁提供负载及分散作用，该类负载型纳米零价铁材料的制备方式主要有热还原法和化学还原法等，通常是离子态的铁源成分负载在载体上，然后经过高温煅烧(热还原)或投加化学试剂(化学还原)等方式将铁成分还原为零价铁，得到最终的负载型纳米零价铁材料。

目前较为广泛使用的是一种活性碳负载纳米零价铁材料，其主要是通过将活性碳混合于富含亚铁离子(Fe²⁺)的溶液内、再投入还原性化学药剂将Fe²⁺还原为零价铁、使零价铁吸附于活性碳空隙等过程而得到，即实施化学还原法制备得到。然而，这类活性碳或同类多孔载体负载纳米零价铁材料，利用活性碳的物理吸附性质实现负载纳米零价铁，负载效率相对较低，仅能使零价铁吸附至活性碳表面，并且依赖于活性碳自身的形状、结构、生产工艺等，负载能力受限；此外，采用化学还原法制备，需要投加特定的化学药剂(如硼氢化钠、硼氢化钾、水合联氨等)，不仅增加了额外的成本，且通常需要严格地控制反应条件及环境，使制备流程复杂化，同时，将Fe²⁺还原为零价铁的关键步骤在水溶液(液相)中进行，作为溶剂的水中不可避免会溶解一定程度的氧气，使得反应体系中还原得到的零价铁易发生氧化反应，变为氧化铁等沉淀，造成原料损失，不能被充分利用，进一步提高成本。

诚如上述，现有技术中活性碳负载纳米零价铁材料及其制备过程存在一定的缺陷，工业化应用受限；此外，用于污水净化，降解污染物时的负载分散性能主要取决于活性碳在水中的分散性能，活性碳负载纳米零价铁材料往往不能充分与污染物溶液体系较为均匀的混合。这也是目前大部分负载型纳米零价铁材料存在的问题，即制备工艺复杂，成本较高，材料负载及分散能力不佳，导致降解效率不理想。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种负载有纳米单质铁的复合材料，采用真菌生物碳负载纳米零价铁，解决了纳米零价铁在实际应用中易团聚失活、存放条件苛刻等问题，且具有良好的负载能力及分散性能，能够提高降解效率。

本发明还提供一种上述负载有纳米单质铁的复合材料的制备方法，通过选择利于提供铁源负载的真菌生物材料，以及生物矿化和铁源还原的工艺，制备出生物碳负载有纳米单质铁的复合材料，且制备过程简单，成本较低。

本发明还提供一种上述负载有纳米单质铁的复合材料的应用，可应用于有机污染物的降解处理中，降解效果显著。

本发明还提供一种有机污染物的降解处理方法，成本低，并具有较高的降解效率。

本发明的一方面，提供一种负载有纳米单质铁的复合材料，是一种产脲酶真菌菌丝体经矿化而成的生物碳表面负载纳米级单质铁所得到的复合材料。