[发明专利]一种吸附活化多功能复合材料及其应用

说明书

一种吸附活化多功能复合材料及其应用，该材料为纳米零价铁/生物炭复合材料，与过硫酸钠组成吸附降解体系。本发明形成的复合材料活化过硫酸钠体系可以高效吸附水中氯苯，并活化过硫酸钠产生硫酸根自由基、羟基自由基等活性物质，实现氯苯的彻底氧化去除；所述水体为地表水或地下水，适用范围广；所述复合材料为吸附‑活化多功能材料，应用效率高；所述复合材料制备所需原材料成本低廉、环境友好、制备过程简便；所述复合材料活化过硫酸钠吸附‑降解体系在去除水体中氯苯时适用pH范围广。

技术领域

本发明涉及水污染控制技术领域，具体涉及一种复合材料活化过硫酸钠吸附-降解体系去除氯苯的方法及其应用。

背景技术

氯苯作为合成农药、杀虫剂、药品等化学品的常用化工原料和有机溶剂，具有毒性大、挥发性强、水溶性低、难生物降解等特点，在其生产使用过程中，广泛存在于工业场地的大气、土壤、地下水和地表水等环境中，造成生态环境严重污染。研发高效吸附材料一度成为利用吸附原理去除地表水或地下水中氯苯等有机污染物的研究热点，其中具有丰富孔隙结构和制备原材料来源广泛的生物炭是目前被广泛看好的高效-低成本吸附材料。但是单一依靠吸附作用并不能将污染物彻底去除，仍需后续处理，增加了工艺和污染物去除成本。近年来，基于过硫酸钠的高级氧化技术因可彻底降解水体中有机污染物而迅速发展，过硫酸钠具有稳定性强、水溶性好、活化后所产生的硫酸根自由基反应活性高等优点，该技术被证明能有效去除多种有机污染物，主要包括有机染料(CN106745650A)、有机磷农药(CN106753386A)及内分泌干扰物双酚A(CN109999811A)等，但对氯苯这类污染物去除的应用报道较少。

过渡金属铁因无毒及成本低等优点成为过硫酸钠的常用活化剂，而常规铁离子均相活化过硫酸钠的活化效率低、pH应用范围窄。与之相比，纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)则具有粒径小、比表面积大、表面活性强等优点，成为过硫酸钠的高效-绿色活化剂。尽管如此，nZVI的易团聚性限制了其广泛应用，而选择合适的负载材料可助于nZVI颗粒的分散，促进其活化过硫酸钠对污染物的氧化降解；并且有机污染物在地表水或地下水迁移过程中污染羽逐渐扩大的同时浓度逐渐减小，长期单独采用nZVI活化过硫酸钠的高级氧化体系仍很难达到高效去除污染物的目的，而选择合适的吸附材料增加nZVI周围污染物浓度，有利于提高污染物的降解效率。其中，利用生物炭负载nZVI所得复合材料则同时具有吸附有机污染物和活化过硫酸钠的多功能性质，虽然已有报道合成了该类复合材料，但其仅公开生物炭对nZVI颗粒的分散性增强效果以促进nZVI活化过硫酸钠(CN108439570A)，而鲜有报道利用该复合材料中生物炭吸附有机物与nZVI活化过硫酸钠的协同作用并去除氯苯这类工业场地地下水常见污染物。因此，研发基于吸附活化多功能复合材料的高效反应体系对氯苯等有机物污染水体的修复具有较大的应用前景和重要意义。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种吸附活化多功能复合材料及其应用，该复合材料活化剂中nZVI负载于生物炭，生物炭的多孔特性极大促进nZVI颗粒的分散，有利于其与过硫酸钠的充分接触，且生物炭对有机污染物的强吸附性，可增加氯苯在复合材料界面附近的浓度，成功解决了现有技术中仅靠吸附作用不能实现氯苯彻底去除或单独使用零价铁活化过硫酸钠效率较低等问题。该应用中氯苯去除率高，pH适用范围广。复合材料制备工艺简单，成本低廉，具有良好的实际应用前景。

技术方案：一种吸附活化多功能复合材料，所述复合材料为生物炭负载纳米零价铁，所述生物炭由水稻秸秆经限氧高温热解而成，热解温度范围为300-700℃；纳米零价铁与生物炭的质量比为(5:1)-(1:5)。

上述最适热解温度为500℃，最适生物炭与纳米零价铁质量比为1:1。

上述复合材料活化剂在活化过硫酸钠制备吸附-降解体系中的应用，所述复合材料活化剂和过硫酸钠质量比为1:3。

上述复合材料活化剂在活化过硫酸钠吸附-降解体系去除水体中氯苯的应用。