废弃烟蒂为碳源原位负载纳米零价铁生产工艺的制作方法

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种废弃烟蒂为碳源原位负载纳米零价铁生产工艺。

背景技术：

目前，制备负载型Fe/C多为碳热法和液相还原法。其中碳热法利用无机碳作为还原剂在高温下所进行的氧化还原反应。一方面，其多以现有碳材料和Fe³⁺溶液为原料，首先使碳材料沉浸在Fe³⁺溶液中，然后将吸附着Fe³⁺的碳材料经在氮气保护下高温经C还原，得负载型Fe/C。一般的碳热还原法所得到的负载型Fe/C，因沉浸法其碳原料吸附的Fe³⁺离子数量有限且负载率可控性较差，且受外界条件影响较大导致Fe的负载率不稳定，制备出的材料性能受限。另一方面，碳源材料大多需要经生产加工后使用，使成本提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对常规方法制备Fe/C负载型材料过程繁琐，价格较贵，且负载率率不易控制，Fe、C分散不均匀的问题，区别以往以吸附为主要控制因素的Fe、C结合方法，使前驱Fe³⁺可以完全定量溶解在碳源溶液中，使Fe³⁺和碳源溶液原位形成新的均匀稳定的化合物溶液，负载率稳定可控，从而整体提高材料性能。提出一种废弃烟蒂为碳源原位负载纳米零价铁生产工艺，该生产工艺原料采用烟蒂，工艺步骤简单易行，负载率可控。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种废弃烟蒂为碳源原位负载纳米零价铁生产工艺，包括以下步骤：

(1)、首先取烟蒂与丙酮混合形成溶液；然后向溶液中加入FeCl₃·6H₂O、无水FeCl₃和Fe(NO₃)₃·9H₂O乙醇溶液中的一种或多种，搅拌使Fe³⁺溶解在溶液中，所述烟蒂与Fe³⁺的质量比100:0.8—100:8，在35-45℃水浴均匀搅拌待丙酮完全挥发后形成固体材料，该固体材料呈黄色；

(2)、将固体材料放入管式炉中，通入N₂保护，升温至100～300℃，保持10～30分钟，将产物取出并使用球磨机研磨8-10h至粉末粒度为15-40μm，得到碳铁复合物；

(3)、将碳铁复合物置于管式炉中，隔绝空气通入N₂，升温至700～900℃，保持300～500分钟，N₂保护下冷却至室温，得到负载型Fe/C。

进一步地，步骤(1)，所述烟蒂与丙酮的投料比为1：12—1：24kg/L，优选为1：15—1：20kg/L。

进一步地，所述烟蒂富含醋酸纤维。

进一步地，步骤(2)升温至200～300℃，保持20～30分钟。

进一步地，步骤(2)升温速度为5-20℃/min，更优选的升温速度为10℃/min。

进一步地，步骤(3)升温至700～800℃，保持400～500分钟。

进一步地，步骤(3)升温速度为5-20℃/min，更优选的升温速度为10℃/min。

本发明针对常规方法制备Fe/C负载型材料过程繁琐，价格较贵，且负载率不易控制，Fe、C分散不均匀等问题，结合我国废弃烟蒂量较大的现状，确立了一种适用于废弃烟蒂为原料制备原位负载型Fe/C的新工艺。本发明先将废弃烟蒂与含有机溶剂充分溶解，在与Fe³⁺混合，然后在一定的升温制度下，将混合物加热—研磨—碳化—冷却。本发明制备过程中材料碳化、零价铁的生成及负载同时完成。具体地，本发明采用烟蒂为原料，并使其均匀溶解在丙酮溶液后与Fe³⁺混合，在高温隔绝空气的条件下利用烟蒂中的碳源，负载并还原Fe³⁺为Fe⁰，最终得到Fe/C材料。本发明废弃烟蒂为碳源原位负载纳米零价铁生产工艺与现有技术相比较具有以下优点：

1、本发明采用的废弃生物质为烟蒂，烟蒂主要成分为醋酸纤维，其可完全溶解在丙酮中，与Fe³⁺在完全混合形成均质溶液。高温隔绝空气条件下，材料碳化且可同时将Fe³⁺原位还原成Fe⁰，同时解决了Fe⁰的制备和负载问题，且负载率可控。并且实验采用的碳材料为废弃烟蒂，其本身含有的大量醋酸纤维，是良好的碳纤维材料。

2、本发明在制备负载型Fe/C的过程中，一方面利用其含碳量高，采用其作为原料，另一方面解决大量废弃烟蒂所带来的环境污染问题。

3、本发明废弃烟蒂为碳源原位负载纳米零价铁生产工艺简单、易行，易于规模化和连续化。

4、本发明制备得到的载型Fe/C有较高活性，Fe均匀定量原位分散于碳材料上，具有良好的性能。本发明制备得到的载型Fe/C能应用于水溶液中三氯乙烯的去除。

附图说明

图1为实施例1制备得到的负载型Fe/C的X射线衍射图；

图2为实施例1制备得到的负载型Fe/C的扫描电镜图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种以烟蒂为碳源制备负载型Fe/C的方法，包括以下步骤：

取质量比为100：12的烟蒂和FeCl₃·6H₂O，溶解于丙酮溶液中，搅拌均匀，待丙酮挥发后，将固态产品置于管式炉中通入氮气，以10℃/min升温至200℃，保持20分钟后温度降至室温，将产物取出经球磨机10h研磨至黑色粉末。再将上述所得黑色粉末产物放入管式炉中，隔绝空气通入N₂条件下，10℃/min升温至900℃保持500分钟，氮气保护下冷却至室温，即为负载型Fe/C。

如图1本制备得到的负载型Fe/C的X射线衍射图所示，2θ为45、65、82°对应Fe⁰的特征峰值。如图2所示为碳表面原位负载上Fe⁰。

由此技术方案所得到的负载型Fe/C对于环境中的污染物有很好的处理效果，在进行实验室模拟处理含三氯乙烯的废水，0.02g/ml负载率型Fe/C对于初始浓度为1100ppm三氯乙烯溶液，2d后三氯乙烯减少率可达95％以上。

实施例2

本实施例公开了一种以烟蒂为碳源制备负载型Fe/C的方法，包括以下步骤：

(1)、首先使烟蒂溶解于丙酮中形成溶液，其中烟蒂与丙酮的投料比为1：24kg/L；然后向溶液中加入六水合氯化铁，搅拌使Fe³⁺溶解在纤维溶液中，所述烟蒂与六水合氯化铁的质量比为100:15；在40℃水浴均匀搅拌待丙酮完全挥发后形成固体材料；

(2)、将固体材料放入管式炉中，通入N₂保护，升温至300℃，保持20分钟，将产物取出并使用球磨机研磨8h至粉末，得到碳铁复合物；

(3)、将碳铁复合物置于管式炉中，隔绝空气通入N₂，升温至800℃，保持500分钟，N₂保护下冷却至室温，得到负载型Fe/C。

由此技术方案所得到的负载型Fe/C对于环境中的污染物有很好的处理效果，在进行实验室模拟处理含三氯乙烯的废水，0.02g/ml负载率型Fe/C对于初始浓度为1100ppm三氯乙烯溶液，2d后三氯乙烯减少率可达96％以上。

实施例3

本实施例公开了一种以烟蒂为碳源制备负载型Fe/C的方法，包括以下步骤：

(1)、首先使烟蒂溶解于丙酮中形成溶液，其中烟蒂与丙酮的投料比为1：12kg/L；然后向溶液中加入六水合氯化铁，搅拌使Fe³⁺溶解在纤维溶液中，所述烟蒂与六水合氯化铁的质量比为100:20；待丙酮完全挥发后形成固体材料；

(2)、将固体材料放入管式炉中，通入N₂保护，升温至150℃，保持15分钟，将产物取出并使用球磨机研磨10h至粉末，得到碳铁复合物；

(3)、将碳铁复合物置于管式炉中，隔绝空气通入N₂，升温至900℃，保持300分钟，N₂保护下冷却至室温，得到负载型Fe/C。

由此技术方案所得到的负载型Fe/C对于环境中的污染物有很好的处理效果，在进行实验室模拟处理含三氯乙烯的废水，0.02g/ml负载率型Fe/C对于初始浓度为1100ppm三氯乙烯溶液，2d后三氯乙烯减少率可达95.5％以上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。