[发明专利]一种生物炭负载富Ce3+

说明书

本发明公开了一种生物炭负载富Ce³⁺的纳米二氧化铈材料、制备方法及其应用。该材料是以纤维素类生物质为原料，制备具有表面负载纳米二氧化铈的生物炭。所述材料的制备方法是在常温条件下将秸秆在铈盐溶液中浸没，随后将固形物加入到碱溶液中搅拌一定时间，烘干研磨后得到前驱体，并将其放入管式炉中，缺氧热解，得到二氧化铈改性的生物炭。本发明得到的生物炭表面负载含有高浓度Ce³⁺的二氧化铈,从而增强二氧化铈在吸附含氧阴离子方面的高效应用。

技术领域

本发明涉及一种生物炭负载富Ce³⁺的纳米二氧化铈的制备方法，并用于含氧阴离子污染物的吸附，属于有机-无机杂化纳米材料制备和废水处理领域。

背景技术

铈(cerium，Ce)是第Ⅲ族副族镧系元素，也是目前储量最大、最便宜的稀土元素之一。二氧化铈是铈元素在自然界中最稳定的状态，通常为立方萤石型结构，是最重要的稀土氧化物，二氧化铈表面氧空位缺陷能够自发的产生和消除，使得二氧化铈存在Ce³⁺和 Ce⁴⁺之间的可逆转换循环。具有较高Ce³⁺含量的纳米二氧化铈材料被证明在类芬顿催化中具有较高的过氧化物酶活性，同时Ce³⁺也是含氧阴离子等污染物在二氧化铈表面吸附的主要吸附位点，因此制备高Ce³⁺含量的铈基材料能够提高其在催化、吸附等领域的应用价值。而对于大多数铈基材料，其Ce⁴⁺含量会明显大于Ce³⁺，且室温下Ce³⁺很容易在空气中被氧化成Ce⁴⁺，这使得制备具有足够Ce³⁺位点的铈基材料非常困难。在制备过程中铈盐类型，沉淀方式以及足够的限氧环境是制备高浓度Ce³⁺材料的关键。通过将不同类型铈盐浸渍到纤维素类生物质表面及内部，并用沉淀法生成氢氧化铈，之后在无氧条件下制备生物炭，既可以为二氧化铈提供大量的负载点位，也可以通过制备过程和生物炭中的大量孔隙为Ce³⁺提供限氧环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物炭负载富Ce³⁺的纳米二氧化铈材料的制备方法及应用。所述生物炭负载富Ce³⁺的纳米二氧化铈材料表面Ce³⁺含量为30-60％，所述纳米二氧化铈直径为2-5nm。

根据本发明的第一方面，提供一种生物炭负载富Ce³⁺的纳米二氧化铈材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)常温条件下将纤维素类生物质在铈盐溶液中浸渍1-8小时。

(2)将(1)得到的固形物加入到碱溶液中搅拌，搅拌速度为300-800r/min，搅拌时间为2-30分钟，将得到的材料用水洗涤至中性，烘干后，研磨得到前驱体。

(3)将(2)得到的前驱体放入通有惰性气氛的炉中热解，热解温度为300-600℃，升温速率为10-25℃/min，热解时间为0.5-5小时，得到生物炭负载富Ce³⁺的纳米二氧化铈材料。

具体情况下，所述纤维素类生物质包括未经处理、碱处理、酸处理或水热处理的含有纤维素的生物质。

更具体情况下，所述的碱处理的纤维素类生物质按照以下方法制备：

(1)将纤维素类生物质粉碎后加入到1-5mol/L碳酸钠或碳酸钾溶液中浸泡，浸泡温度为50-80℃，时间为1-10h。

(2)将(1)得到的产物洗至中性，烘干并研磨，得到经过碱处理的纤维素类生物质。

更具体情况下，所述的酸处理的纤维素类生物质按照以下方法制备：

(1)将纤维素类生物质粉碎后加入到1-5mol/L盐酸或草酸溶液中浸泡，浸泡温度为 50-80℃，时间为1-10h。