[发明专利]一种生物炭负载热活化含铁矿物复合材料的制备和应用

说明书

本发明涉及一种生物炭负载热活化含铁矿物复合材料的制备和应用，本发明将热活化含铁矿物负载在生物炭表面。其制备的具体步骤为：先将对含铁矿物和生物质材料进行破碎，然后按一定质量比混合均匀，再将均匀混合物压制成型，置于还原性气氛下进行焙烧，自然冷却，厌氧气氛下研磨成细粉，即获得生物炭负载热活化含铁矿物复合材料。本发明的制备的生物炭负载热活化含铁矿物复合材料具有比表面积大、稳定性强、具有较强的氧化还原活性等特点，与生物炭或热活化含铁矿物相比对水溶液、土壤中重金属离子的去除或者稳定化效果有显著的提升作用，可以用于水体、土壤中重金属污染的治理。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，特别涉及一种生物炭负载热活化含铁矿物复合材料的制备方法。

背景技术

铁氧化物广泛存在于自然环境中，由于具有毒性低、动力学快、对重金属亲和力强等优良特性，近些年来，常被用作重金属高效吸附剂。通过使用H₂作为还原气还原水铁矿、针铁矿（α- FeOOH）或赤铁矿（α-Fe₂O₃）等含铁矿物可获得零价铁（ZVI）。由此制备而得的ZVI由于表面和体积比大，表面和近表面原子的比例增加，有独特的机械、电子和磁特性，可以直接从工业废料中还原高价重金属离子，具有广泛的环境应用前景。但是，由于与地下环境的相互作用，ZVI可能迅速钝化，并且细粉状的ZVI容易在水溶液中迅速聚集而发生沉积，大大削弱了反应活性和吸附能力。

生物质炭是生物炭是一种结构较为规整的碳基体，具有孔隙度高、比表面积大、表面能大等特性，这些特性使得生物炭在吸附、固定水体和土壤中的重金属等污染物具有很大的潜力。但是其表面有限的表面基团、难分散等原因导致生物炭吸附效果一般。为提高生物炭吸附/固定重金属的性能,需要通过改性手段活化生物炭表面性质。目前生物炭改性手段主要包括:生物炭表面负载、表面活性剂及官能团修饰、生物炭纳米复合材料制备等。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种集合高吸附性能、稳定性好的生物炭负载热活化含铁矿物复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种生物炭负载热活化含铁矿物复合材料的制备方法，其特征在于，所制备的复合材料包括生物炭载体，载体上负载有矿物颗粒。具体包括以下步骤：

（1）将生物质原材料（选用农业废弃稻谷秸秆和甘蔗渣）洗净，80 ℃干燥48 h，得到含水量为10~11 %的生物质，将矿物原料进行初步破碎，生物质的破碎粒径1~3 cm，选用的含铁矿物为针铁矿，破碎粒径为0.5~1 cm，再将生物质和矿物原料按一定质量比（3:1）研磨混匀，研磨时间为30~60 s，筛选后得到矿物与生物质的混合粉末，筛选后的粉末粒径为80~100目；

（2）称取质量为1~1.5g的矿物生物质的混合粉末，放入模具中以30-50 MPa，压力进行压制，得到成型的生物质负载矿物复合体，中间体直径为0.5~2 cm，高度为1~1.5 cm；

（3）将生物质负载矿物复合体置于以氢气为还原气氛，氮气为保护气的氛围中500℃焙烧1-3h，控制气体流速为200-500 ml/min，升温速率为10-60 ℃/min。开始自然降温过程，收集焙烧后的固体材料，进行称重；

（4）将制备的的固体材料置于厌氧环境中研磨成细粉，即获得生物炭负载热活化含铁矿物复合材料。

一种由上述的方法制备而成的生物炭负载矿物复合材料，其纤维长度为20‐50 μm，纤维直径为3‐30 μm。

一种由上述的方法制备而成的生物炭负载矿物复合材料水体重金属的修复剂的应用。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：