[发明专利]一种生物炭负载铁锰材料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物炭负载铁锰材料的制备方法和应用。该方法是将将生物炭与含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺的水溶液混合，向其中加入分散剂、尿素和pH缓冲剂，维持整个溶液体系的pH值在3～4.5，搅拌充分，得其混合溶液，收集混合溶液中的沉淀物；将所述沉淀物恒温无氧煅烧一段时间，即得到生物炭负载铁锰材料。该方法在生物炭上负载铁锰元素，形成的Fe‑O和Mn‑O官能团，这些官能团与阴离子污染物络合能力强，并且使得生物炭表面更加粗糙；使得吸附位点会大大增多，与传统吸附剂相比，生物炭负载铁锰材料物理吸附作用增强，并且化学络合能力强化，其对阴离子污染物的吸附容量和吸附性能进一步提高；并且该制备方法成本低，对环境友好。

技术领域

本发明涉及地下水氟污染处理技术领域，尤其涉及一种生物炭负载铁锰材料的制备方法和应用。

背景技术

氟化物普遍存在于水环境中，并且已成为全球环境问题，氟污染可来源于含氟矿物的溶解、火山的排放和海洋气溶胶等自然活动；而在人类生产活动中，煤炭燃烧、钢铁生产、半导体生产、玻璃和陶瓷制造以及铝冶炼厂等各种工业过程也会产生氟化物污染。

煤层气排水作为煤层气开采中产生的主要污染，氟是其主要有害物质，通常其含量为5-20mg/L排水。在我国煤层气开采行业中，由于煤层气排水的粗放排放，造成临近地下水的污染问题尚未得到有效的关注，同时，专门针对煤层气排水的治理应用目前还比较少。

据统计，全世界有超过2亿人正面临饮用水中氟超标问题，浓度超过1.5mg/L，至少有28个国家发生过由于长期饮用高氟水造成的氟中毒事件，其中包括印度、阿根廷、英国、南非、美国、挪威、墨西哥和中国。在我国，高氟地下水主要分布在新疆、内蒙古、青海、宁夏、河北、山东、河南和安徽等部分地区，直接面临饮用水氟含量超过1.5mg/L的人口达到5000万人，占全国饮水不安全人口的16％。

高含氟废水的处理方法主要包括三种，分别为物理法、化学法、物理化学法等。物理法主要包括膜法、电凝聚法、电渗析法等，处理效果很好，但是一般规模较小，同时处理费用比较高，一般需要一定程度的预处理；化学法则大体包括化学沉淀法、混凝沉淀法等，处理效果总体较物理法差，但是处理规模更灵活，适用条件更广泛，但是化学法由于添加了化学药剂，因此有可能因为操作失误造成新的污染；物理化学法则包括离子交换法、吸附法等，这类方法处理氟污染物效果良好，处理规模较小，亦需进行一定的预处理，预处理要求较物理法更低。因此需要进一步探索开发出成本低、对环境友好、除氟效率高的新方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种制备成本低、除氟效果好、对环境友好的一种生物炭负载铁锰材料的制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种生物炭负载铁锰材料的制备方法，将生物炭与含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺的水溶液混合，向混合溶液中加入分散剂、尿素和pH缓冲剂，维持整个溶液体系的pH值在3～4.5，搅拌充分，得其混合溶液，收集混合溶液中的沉淀物；将所述沉淀物恒温无氧煅烧一段时间，即得到生物炭负载铁锰材料。

优选的，所述混合溶液中，所述生物炭的质量浓度为90～110g/L；所述Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺的摩尔浓度分别为1.8～2.2mol/L、0.18～0.22mol/L和0.9～1.1mol/L。。

优选的，所述pH缓冲剂包括乙酸钠；所述分散剂包括聚乙二醇。

优选的，所述混合溶液中的乙酸钠的质量浓度为35～40g/L；所述混合溶液中的聚乙二醇的质量浓度为24～28g/L；所述混合溶液中的尿素的质量浓度为45～50g/L。