[发明专利]一种磁性生物炭载纳米铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种磁性生物炭载纳米铁的制备方法。

背景技术

六价铬是一种有毒的重金属，含六价铬的废水主要来源于电镀、冶金、采矿、印染等工业。相对于三价铬来说，六价铬毒性极大，是三价铬的100多倍，且很容易被人体吸收，可以通过消化道、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体并能够在人体内聚集积累，当水中含有过量的六价铬时，对水生生物有较强的致死作用，我国已经将六价铬列为优先污染物名单之中。对于含有六价铬废水的处理方法，主要包括化学还原法，电化学法，吸附法、离子交换法等，在工业上化学还原法和吸附法是处理含铬废水较为常用的方法，将六价铬还原成三价铬，再通过投加沉淀剂或絮凝剂等处理，将重金属沉淀下来，以去除水体中的铬离子。但是，这种方法容易产生大量的污泥，而这些污泥后期的处理与处置也是一个需要解决的问题。

近些年来，零价纳米铁作为还原剂，去除水体中的六价铬受到了国内外广泛的研究。零价纳米铁具有粒径小、比表面积大、表面活性高、还原能力强等优点，但是，零价纳米铁由于具有较强的活性，很容易在空气中与氧气发生反应而失活，并且由于具有巨大的比表面积，容易在水体中发生团聚而失活。为解决零价纳米铁去除六价铬时存在的以上问题，以生物炭为载体的零价纳米铁-生物炭复合材料逐渐受到人们的关注。以生物炭作为载体，可以提高金属纳米颗粒的分散度，减少金属纳米颗粒的团聚，保持金属纳米颗粒的活性。另外，结合磁分离技术而制备的磁性零价纳米铁-生物炭复合材料在外加磁场的作用下可以实现生物吸附剂的快速分离，提高污水处置效率，是一种新型的吸附材料。由于磁性材料的特性，在其还原，吸附重金属后，能够通过磁分离技术，将重金属与水体进行彻底的分离，并且磁性材料还可以进行循环利用，减少成本。

磁分离技术在水处理中的应用越来越重要，但是当前，还存在着一些问题，比如，很多磁性材料具有较强的饱和磁化强度，但是，同时其剩磁或是矫顽力也较大，水体经过磁场处理后，即使不存在外加磁场，由于材料之间存在磁吸引力，使得材料之间易于团聚，比表面积减少，影响材料本身活性。有些饱和磁化强度小的材料，其剩磁也很小，接近超顺磁状态，在没有外加磁场的情况下，不会具有磁性或磁性较小，与材料之间的范德华力相比，其大小可以忽略，材料能够稳定的分散在水体中，保持其反应活性，所以在不同的水环境中，应该根据具体的情况，采用合适的磁性材料进行处理。

专利CN106362690公开了一种磁性生物炭吸附材料及其制备方法，通过制备生物炭、制备三价铁前驱液、溶剂热反应得到磁性生物炭吸附材料。专利CN105664854公开了一种生物炭负载纳米铁镍双金属材料的制备方法。目前，现有技术还未公开能够调控材料磁性强弱的磁性生物炭吸附材料的制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁性生物炭载纳米铁的制备方法，该方法能够实现磁性的可控，能够通过控制茶多酚溶液的摩尔浓度，制备出不同磁性的磁性生物炭载纳米铁，以便适用于不同的废水处理环境；制备得到的磁性生物炭载纳米铁材料能够通过表面丰富的羟基、羧基官能团，与重金属离子发生络合作用，将重金属离子络合在材料的表面。该磁性生物炭载纳米铁材料在空气中稳定性高，在处理重金属水体时，不会发生团聚现象，具有较强的反应活性，并且可以通过磁分离技术，将水体中的重金属彻底除去。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种磁性生物炭载纳米铁的制备方法，包括：(1)改性生物炭；(2)超声浸渍法负载铁盐；(3)包覆茶多酚；(4)液相还原法制备生物炭载纳米铁；(5)磁选法分理出磁性生物炭载纳米铁；其中，通过控制步骤(3)中茶多酚溶液的摩尔浓度达到控制所制备得到的磁性生物炭载纳米铁的饱和磁化强度的目的。

该方法具体包括以下步骤：

(1)生物炭的改性：取生物炭，加入浓硝酸，浸泡过滤，并用水冲洗至pH不再变化，干燥，得到硝酸改性的生物炭；

(2)铁盐的负载：配制水溶性三价铁盐溶液，加入步骤(1)制备得到的改性的生物炭，超声浸渍，抽滤，烘干，然后称取烘干后的样品，在惰性气氛或氮气气氛下升温至200～250℃，煅烧，得到理论负载铁量为28％～32％的负载铁盐的生物炭，其中理论负载铁量的计算公式为(铁离子的质量/改性生物炭的质量)×100％；

(3)配制0.002～0.008mol/L茶多酚溶液，通入惰性气体或氮气除氧，加入步骤(2)制备得到的负载铁盐的生物炭，加入的负载铁盐生物炭的质量与茶多酚溶液的体积之比为1：40～1：50g/mL，在惰性气体或氮气氛围下，搅拌；