[发明专利]一种含自由基的生物炭复合材料去除水中对硝基苯酚的方法

说明书

本发明属于水净化技术领域，提供了一种含自由基的生物炭负载纳米零价铁复合材料高效去除水中对硝基苯酚的方法，增加了生物炭表面的活性位点，同时解决纳米零价铁在处理水体难降解有机物中存在表面易钝化，反应活性低，利用率低等问题。该去除方法具有成本低，时间短，效率高，操作简单，无二次污染等优点，而且含自由基的生物炭负载纳米零加铁复合材料去除对硝基苯酚的效率要高于单独的生物炭材料和纳米零价铁材料。

技术领域

本发明属于一种水体中难降解有机物污染修复技术领域，具体涉及一种含持久性自由基的生物炭复合材料修复难降解有机污染物的方法。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高，环境污染问题越来越受到关注，各个国家逐渐加大了治理污染的力度。对硝基苯酚(PNP)废水是如今工业废水中常见的的组成成分之一，作为炸药、农药、杀虫剂、除草剂和染料的前体和中间体，PNP因其潜在的致癌和致突变特性被美国环保局列为优先有毒污染物。由于其硝基和羟基与苯环的共轭作用，导致其具有较强的环境持久性，潜在的生态和健康风险。因此，如何快速、高效的去除含有PNP的废水一直是水处理领域的研究热点和难点。

去除水中对硝基苯酚的方法有很多，物理法主要有吸附法、萃取法，生物法主要有活性污泥法、微生物电池法等，化学法主要有化学沉淀法、化学氧化法。目前纳米零价铁(nZVI)由于具有大的比表面积、强还原性、高反应活性可修复多种环境污染物等特点，成为目前环境污染修复研究领域中一种非常活跃的材料。然而，由于缺乏稳定性，难以从被净化的介质中分离，材料的快速钝化和由于形成附聚物而导致的颗粒流动性受限，以及其高表面能和磁性的相互作用，nZVI容易聚集导致其反应活性的降低。因此nZVI的应用受到了很大的限制。

生物炭是生物质在无氧或缺氧条件下热解而形成的一种碳含量丰富、具有不同碳化和芳香化程度的多孔固体材料，其结构使得生物炭具有长期的稳定性，难以分解或矿化。结合其较大的比表面积和丰富的官能团，生物炭被认为是适合于废水处理的吸附剂或催化剂的基质。但是吸附法只是实现污染物从水溶液到吸附剂的转化，同时引入了进一步处理受污染生物炭的问题。因此将生物炭作为载体/基质来负载金属制备生物炭复合材料以去除污染物，从而实现对污染水体的修复具有重要的意义。

但是目前研究者只是将生物炭与零价铁进行复合，或者是添加强氧化剂的条件下才可以达到较高的降解效果，本研究将一种含自由基的生物炭与零价铁进行复合，利用生物炭表面的持久性自由基和零价铁的活化作用以提供更多的活性位点，从而达到快速高效的降解对硝基苯酚。

发明内容

本发明的目的是提供一种含自由基的生物炭基复合材料去除水中对硝基苯酚的的方法，该去除方法具有成本低，时间短，效率高，操作简单，无二次污染等优点。

本发明的技术方案：

一种含自由基的生物炭复合材料去除水中对硝基苯酚的方法，步骤如下：

(1)将生物质清洗后烘干，然后破碎并过100目筛子，将制得的生物质粉末于马弗炉中，热解过程中通入氮气始终保持厌氧条件；热解参数如下，在室温条件下以10℃/min的速率升温至100℃保温60min，再以10℃/min的速率将温度升高至200～800℃，保温热解2～8h，将生物炭冷却至室温并用球磨机球磨1h，密封置于干燥器中备用；

(2)含持久性自由基的生物炭基复合材料的制备：以0.054mol·L^-1FeSO₄·7H₂O为铁盐溶液与步骤(1)中制得的生物炭材料以质量比5:1～1:5配置混合溶液，在室温下动态搅拌1h后并用惰性气体除去混合溶液中空气；随后在剧烈搅拌下逐滴滴加等体积的NaBH₄溶液以将FeSO₄·7H₂O还原成Fe⁰；反应完成后真空过滤，并用超纯水将黑色nZVI/BC颗粒洗涤数次，最后在80℃下真空干燥，得到nZVI/BC复合材料，即为新型含持久性自由基的生物炭基复合材料；