[发明专利]一种铁锰氧化物-生物炭复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及吸附剂技术领域，尤其涉及一种铁锰氧化物‑生物炭复合材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种铁锰氧化物‑生物炭复合材料。该复合材料中铁氧化物具有较高的Zeta电位，其被负载到生物炭表面后，可以增强静电吸附效果，有利于吸附阴离子状态的Cr(Ⅵ)，负载锰氧化物可提高生物炭比表面积，增加孔隙率，利于吸附金属污染物，另一方面锰氧化物有较强的氧化性，可以把铁氧化成纳米级的氧化物，使铁氧化物与阴离子状态的Cr(Ⅵ)之间的接触面积增加。因此，将铁锰氧化物负载在生物炭上得到铁锰氧化物‑生物炭复合材料，以此来增加生物炭表面重金属的吸附位点和官能基团的数量，从而提高其对重金属六价铬的吸附能力。

技术领域

本发明涉及吸附剂技术领域，尤其涉及一种铁锰氧化物-生物炭复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

水体重金属污染是当今危害影响较大的环境污染问题，含Cr(VI)的废水主要来源于冶金、电镀、印染、采矿等工业。铬的毒性与其存在的价态有关，Cr(VI)比Cr(III)毒性高100倍，且可通过消化道、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体，被人体吸收并在体内蓄积。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。目前对于含有六价铬废水的去除方法主要有化学还原法、膜处理法、离子交换法、电化学法和吸附法等。吸附法实质上是吸附剂活性表面对铬离子的吸引，并因其高效、低价和可回收废水中重金属等优点受到广泛的关注，常用吸附剂有腐植酸、活性炭、海泡石等，但这些常用吸附剂吸附能力有限。

发明内容

本发明提供了一种铁锰氧化物-生物炭复合材料及其制备方法与应用，解决了现有吸附剂对Cr(VI)吸附性能差的问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种铁锰氧化物-生物炭复合材料，包括：生物炭和负载在所述生物炭上的铁锰氧化物；

所述铁锰氧化物-生物炭复合材料中锰元素的质量含量为0.34％～2.41％，优选为0.34％～1.72％，更优选为1.03％，铁元素的质量含量为0.33％～0.99％，优选为0.33％。

生物炭是富碳生物质在缺氧及低氧环境中，经缓慢高温裂解后生成的含碳量高、孔隙结构丰富的固体碳化物质。由于其疏松多孔、高度芳香化的结构及其表面含有的种类丰富数量可观的官能团，使得生物炭在吸附废水中的重金属、染料、有机物等污染物方面有很大的潜力。

需要说明的是，在溶液中，Cr(VI)是以阴离子形式存在，分别为HCrO₄^-、Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-。本发明中，将生物炭通过铁锰氧化物进行改性，因铁氧化物具有较高的Zeta电位，其被负载到生物炭表面可增加生物炭的正电性，从而可以增强生物炭对阴离子状态的Cr(Ⅵ)的静电吸附。但是仅负载铁氧化物会堵塞生物炭的孔隙，生物炭比表面积会减小。而锰氧化物一方面具有较高的比表面积能增加生物炭比表面积；另一方面锰氧化物有较强的氧化性，可以把铁氧化成纳米级的氧化物，更加能增大铁氧化物与阴离子状态的Cr(Ⅵ)的接触面积。故采用双元素铁锰氧化物同时负载至生物炭表面得到铁锰氧化物-生物炭复合材料来提高对Cr(Ⅵ)的吸附能力。本发明中铁锰氧化物-生物炭复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附机理可概括为三方面：(1)静电吸引，正电性的复合材料与阴离子状态的Cr(Ⅵ)之间的静电吸引；(2)还原作用，在静电吸引作用下被吸附在复合材料表面的Cr(VI)在酸性条件中易被还原为Cr(III)，(3)络合作用，主要表现为：Cr(III)与生物炭表面的官能团羟基和羧基发生络合反应。

优选地，所述铁锰氧化物为Fe₂O₃颗粒和MnO₂颗粒。

本发明还提供了一种铁锰氧化物-生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：