[发明专利]一种有效去除环境中重金属的绿色复合纳米磁性材料的制备方法

说明书

一种有效去除环境中重金属的绿色复合纳米磁性材料的制备方法。本发明涉及环境功能性材料领域，特别是涉及一种复合纳米磁性材料的制备方法。本发明是要解决目前生物炭修饰后复合材料方法繁琐、原料昂贵同时改性或修饰后的材料仍具有一定的环境二次污染的风险等技术问题。方法：1、生物质废弃物预处理；2、生物质向生物炭的热转化；3、生物炭与三价铁在液相中混合培养；4、利用液相沉积法将悬浮液进行还原反应，得到负载纳米零价铁的碳材料，冲洗，抽滤，烘干得到绿色复合纳米磁性材料。本发明用于去除环境中重金属。在短时间内，对环境中常见的6种重金属有较好的去除能力，去除效率达95％以上，同时具有较高磁性，利于回收利用。

技术领域

本发明涉及环境功能性材料领域，特别是涉及一种复合纳米磁性材料的制备方法。

背景技术

近年来，由于工业污水的大量排放，其中大量的重金属污染物进入环境中，如不加以处理，会对生物体造成长久的毒性影响。目前常用的化学法成本较高，而生物修复的周期较长不利于短时间对重金属的排放进行控制。近期由于人工湿地在水处理方面的大规模应用以及海绵城市的推进，大量的植物废弃物作为绿色生物质原料来制备廉价吸附剂去除环境中重金属，成为近来的科学热点，其具有成本低、环境二次污染风险低等特点。将生物质热解制备生物炭的技术可有效在低成本条件下实现重金属的去除，但其存在的问题主要包括：一、比表面积较小，饱和吸附量较低；二、生物炭主要依靠物理吸附去除重金属，导致去除速率较低，无法快速收集环境中的重金属。而目前针对廉价生物炭材料的改性或修饰方法大多方法繁琐、原料昂贵同时改性或修饰后的材料仍具有一定的环境二次污染的风险。以上存在的问题限制了廉价绿色生物炭材料的应用。

发明内容

本发明是要解决目前生物炭修饰后复合材料方法繁琐、原料昂贵同时改性或修饰后的材料仍具有一定的环境二次污染的风险等技术问题，而提供一种有效去除环境中重金属的绿色复合纳米磁性材料的制备方法。

本发明一种有效去除环境中重金属的绿色复合纳米磁性材料的制备方法具体是按以下步骤进行：

一、将生物质废弃物进行粉碎处理，并过30～50目筛后采用超纯水冲洗2～3次，在温度为30～50℃的条件下烘干，得到生物质废弃物粉末；

二、将生物质废弃物粉末放置在石英舟，将载有生物质废弃物粉末的石英舟转移至管式热解炉中进行热解，以10～20℃/min的升温速率将热解温度从常温升至550～650℃，在温度为550～650℃的条件下停留60～120min，热解过程中管式热解炉内持续通入氮气，热解完成后从管式热解炉中取出石英舟，得到生物炭原料；

三、将生物炭原料采用超纯水冲洗2～3次后放入FeCl₃溶液中混合后，在室温条件下搅拌2.5～3.5h，得到悬浮液；所述FeCl₃溶液中铁离子与生物炭原料的体积比为(5～45):27；

四、将悬浮液的pH调节至2～7，然后在磁力搅拌和氮气保护的条件下向其中以20～60滴/min的速度滴入NaBH₄溶液，反应结束后通过抽滤技术进行固液分离，得到的固体在氮气环境下烘干处理，随后进行研磨得到生物炭复合纳米磁性材料；所述悬浮液中铁离子与NaBH₄溶液的摩尔比为1:(1.5～2)。

本发明的有益效果：

本发明方法简单，原料来源广泛，成本低，耗能少。绿色复合纳米磁性材料在环境重金属去除方面具有广大的应用前景，对于50mg/L浓度的6种重金属去除率达到60～99％。对环境不会造成二次污染的风险，且无需复杂的专用仪器及设备。

附图说明

图1为实施例二得到的生物炭复合纳米磁性材料的低倍扫描电镜图；

图2为实施例二得到的生物炭复合纳米磁性材料的高倍扫描电镜图；