[发明专利]一种用于去除水体中镉的负载铁锰水热炭的制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于去除水体中镉的负载铁锰水热炭的制备，属于环境功能材料和污染水体治理技术领域，包括如下步骤：(1)将秸秆干燥、粉碎、过筛，得秸秆粉末；(2)将秸秆粉末超声分散到去离子水中，得到秸秆分散液；(3)将二价锰盐和三价铁盐与秸秆分散液混匀后进行水热反应，反应完毕后过滤，得沉淀产物；(4)将沉淀产物用去离子水洗净，过滤后得沉淀产物，(5)将沉淀产物冷冻干燥后磨碎、过筛。本技术制备负载铁锰水热炭条件温和，步骤简单；具有更多的表面官能团和更复杂孔结构，且具有纳米材料的一些特性，结合位点多，对污染物有较好的亲和性。此外，负载铁锰水热炭具有典型的超顺磁性能，可外加磁场达到快速固液分离的效果。

技术领域

本发明属于环境功能材料和污染水体治理技术领域，具体涉及一种用于去除水体中镉的负载铁锰水热炭的制备和应用。

背景技术

镉(Cd)作为环境中最常见的重金属，源自采矿、冶金、陶瓷、油漆、电镀、肥料、农药等行业的三废排放。许多研究者认为环境中的Cd即使在低浓度下仍然具有极高的毒性，过量摄入会导致人体肝脏、肾脏、心肺功能和泌尿系统等疾病，因此，Cd均被列为环境优先污染物和人类致癌物。

当前处理废水中Cd的技术方法主要包括吸附法、离子交换法、膜分离、反渗透、化学沉淀法和电化学法等，这些技术方法有各自的适用范围和不足。例如，化学沉淀会产生大量污泥，造成二次污染；离子交换、膜过滤、电渗析等具有较高的运行和维护成本。吸附法因具有操作简便、成本低、潜在风险小等优点而具有良好的应用前景。其中生物炭因其可从农业废弃物中获取，且有较大的比表面积，拥有较大的吸附容量，近些年被广泛运用于水体中重金属的吸附。而水热炭因其制备条件温和，过程无污染，炭材料表面含有丰富的官能团，是一种潜在的优良炭基吸附剂。

尽管有许多优势，但大多数原始生物炭由于比表面积较小且缺乏表面功能特性，阻碍了其在环境修复领域的应用；此外，吸附后的回收步骤也较为繁琐(过滤或离心)，增加了时间成本。因此，同时改善生物炭对污染物的亲和性和便于分离特性是实际应用中一个重要的方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种合成简便，环保无毒，易分离，对水体中Cd具有极强吸附作用的负载铁锰水热炭。相应地，提供了上述的负载铁锰水热炭的制备方法，还提供了上述的负载铁锰水热炭在修复含Cd污染废水中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于去除水体中镉的负载铁锰水热炭的制备，包括如下步骤：

(1)将秸秆干燥、粉碎、过筛，得到秸秆粉末；

(2)将步骤(1)中的秸秆粉末超声分散到去离子水中，得到秸秆分散液；

(3)将二价锰盐和三价铁盐与步骤(2)中的秸秆分散液混匀后进行水热反应，反应完毕后过滤，得到沉淀产物；

(4)将步骤(3)中的沉淀产物用去离子水洗净，过滤后得沉淀产物；

(5)将步骤(4)中的沉淀产物冷冻干燥后磨碎、过筛，得到负载铁锰水热炭。

进一步地，步骤(1)中所述的秸秆至少为水稻、玉米、小麦中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述的秸秆120℃杀青2h后60℃干燥至恒重，用微粉碎机粉碎，过100目筛，得到水稻秸秆粉末。

进一步地，步骤(2)中所述的超声处理时间为30～60min。

进一步地，步骤(3)中所述的二价锰盐至少为氯化锰、硝酸锰中的一种，三价铁盐至少为氯化铁、硝酸铁中的一种。

进一步地，步骤(3)中所述的二价锰盐和三价铁盐摩尔比为1:1.5～1:2，二价锰盐和三价铁盐与水稻秸秆粉末的质量比为0.5:1～1:1。