一种毛竹基Fe/Co双金属生物炭复合材料的制备方法及应用

本发明属于废物资源化利用和水处理技术领域，特别涉及一种毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备方法及其应用。

背景技术：

阿特拉津(at)是一种典型的选择性三嗪类除草剂，广泛用于阔叶杂草和禾本科植物的防治。阿特拉津化学稳定性较高，半衰期较长，在水中经常被检测出。此外，阿特拉津还具有较高的淋洗潜力，会随着降水、淋溶和径流的作用进入水体，造成地下水和地表水的污染，对青蛙、鱼类和其他野生动物的生殖结构造成严重破坏，同时还会影响人的中枢神经，内分泌和免疫系统，甚至导致癌症。因此，针对阿特拉津对人类及生态环境产生的危害，寻找适合去除水体中阿特拉津的方法，高效去除水环境中残留的阿特拉津成为研究热点。

水体中阿特拉津分子结构比较稳定，难以生物降解。目前常用的去除阿特拉津的方法包括吸附、光催化、高级氧化、微生物等多种技术。其中，吸附法具有成本较低、无副产物生成和操作简单等优点被广泛应用于重金属、有机物污染土壤和废水等领域。生物炭是一种性能优良的吸附材料，具有丰富的孔结构、较大的比表面积以及较强的吸附能力。以废弃毛竹为生物质原料，通过选用合适的浸煮剂预处理，制备出具有高度保持生物模板材料原有分级多孔结构复合材料。这类复合材料在耐磨、耐腐蚀及吸附性能等方面显示了良好的应用性能。这种新型复合材料既具有植物自身的结构，又具有人为赋予特性的新型结构和功能以及廉价、稳定、高效等优点，已成为水体有机物去除研究的趋势之一。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备方法及应用。

本发明思路：以稀氨水为浸煮剂，硝酸铁和硝酸钴制备的混合盐溶液为前驱体溶液制备毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料，通过控制工艺条件，合成具有天然植物结构形态的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料，对其物相与结构、成分组成以及形貌特征进行表征，并应用于水体中阿特拉津的去除。

一种毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备方法及应用，其特征在于具体步骤为：

(1)将毛竹切块干燥后，削去结构致密的表层结构，置于体积浓度为5％的稀氨水在80℃条件下浸泡8h，然后用超纯水洗净，并在80℃的烘箱内干燥24h；

(2)将硝酸钴和硝酸铁按摩尔比(1～4):(6～9)溶于超纯水中制得总摩尔浓度为1mol/l的铁钴复合盐溶液作为前驱体溶液，将步骤(1)获得的产物浸没于前驱体溶液中，在60℃水浴条件下保持12h后从溶液中取出材料，在60℃条件下于烘箱内烘干12h。

(3)将步骤(2)获得产物置于马弗炉中于500～800℃条件下煅烧3h，冷却后研磨过100目筛，即获得毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料。

本发明步骤(2)中硝酸铁跟硝酸钴的摩尔比以8:2为最优。

本发明步骤(3)中所述的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料煅烧温度以600℃最优。

上述所得的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备应用于对水中阿特拉津吸附。

本发明的优点在于：本发明使用的农业废弃物毛竹基生物炭具有多孔结构和较大比表面积，铁、钴的负载提高了生物炭的吸附性能，使其具有更强的污染物去除能力，从而制备出吸附性能较好的复合材料。该环境功能材料对除草剂阿特拉津的去除率最高可达94％以上。可以为我国地表水有机农药的污染防治提供借鉴和技术支持。

附图说明

图1为改性前生性炭的扫描电镜图。

图2为毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的扫描电镜图。

图3为不同铁钴摩尔比浸泡的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料对阿特拉津的去除率示意图。

图4为毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的不同投加量对阿特拉津的去除率示意图。

具体实施方式

实施例1毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备：

(1)将毛竹切块干燥后，削去结构致密的表层结构，置于体积浓度为5％的稀氨水在80℃条件下浸泡8h，然后用超纯水洗净，并在80℃的烘箱内干燥24h；

(2)将硝酸铁和硝酸钴按摩尔比(6～9):(1～4)溶于超纯水中制得总摩尔浓度为1mol/l的铁钴复合盐溶液作为前驱体溶液，将步骤(1)获得的产物浸没于前驱体溶液中，在60℃水浴条件下保持12h后从溶液中取出材料，在60℃条件下于烘箱内烘干12h。

(3)将步骤(2)获得产物置于马弗炉中于600℃条件下煅烧3h，冷却后研磨过100目筛，即获得毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料。

用实施例1制备得到的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料进行水中阿特拉津的去除实验。

实施例2不同铁钴摩尔比浸泡的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料对水中阿特拉津的去除效果

称取20mg实施例1中不同铁钴摩尔比浸泡的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料置于50ml浓度为10mg/l的阿特拉津水溶液中。在25℃，转速为120rpm的摇床上反应3h，用0.45μm的滤膜过滤后采用高效液相色谱测定剩余溶液中阿特拉津的浓度，结果如图3所示。从图中可以看出，本发明在铁钴摩尔比为8:2的前驱液中浸泡所制得的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料具有好的吸附效果，阿特拉津的去除率达到84.12％。

实施例3毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料不同投加量对水中阿特拉津的去除效果

称取5～50mg实施例1中毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料置于50ml浓度为10mg/l的阿特拉津水溶液中。在25℃，转速为120rpm的摇床上反应3h，用0.45μm的滤膜过滤后采用高效液相色谱测定剩余溶液中阿特拉津的浓度，结果如图4所示，阿特拉津的去除率最高可达94.77％。

技术特征：

1.一种毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将毛竹切块干燥后，削去结构致密的表层，置于体积浓度为5％的稀氨水中，在80℃条件下浸泡8h，然后用超纯水洗净，并在80℃的烘箱内干燥24h；

(2)将硝酸钴和硝酸铁按摩尔比(1～4):(6～9)溶于超纯水中，制得总摩尔浓度为1mol/l的铁钴复合盐溶液作为前驱体溶液，将步骤(1)获得的产物浸没于前驱体溶液中，在60℃水浴条件下保持12h后从溶液中取出材料，在60℃条件下于烘箱内烘干12h；

(3)将步骤(2)获得产物置于马弗炉中于500～800℃条件下煅烧3h，冷却后研磨过100目筛，即获得毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料。

2.根据权利要求1中所述的一种毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备方法，其特征是步骤(2)中所述的nfe/nco摩尔比以8:2最优。

3.根据权利要求1中制备一种毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的制备方法，其特征是步骤(3)中所述的毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料煅烧温度以600℃最优。

4.一种如权利要求1、2或者3所述的方法制备毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料的应用，其特征在于毛竹基fe/co双金属生物炭复合材料应用于对水中阿特拉津去除。

技术总结
本发明公开了一种毛竹基Fe/Co双金属生物炭复合材料的制备方法及应用，将干燥的毛竹切块后置于体积浓度为5％的稀氨水溶液中，在80℃条件下浸泡8h，后用超纯水洗净，并在80℃的烘箱内干燥24h，将其浸没在摩尔浓度为1mol/L的铁钴复合盐前驱体溶液中，于60℃反应12h。反应完成后取出材料在60℃烘箱内干燥12h。将其置于马弗炉中于600℃条件下焙烧3h，冷至室温，磨碎过100目筛，即获得毛竹基Fe/Co双金属生物炭复合材料。将该复合材料应用于阿特拉津废水处理。本发明毛竹基Fe/Co双金属生物炭复合材料对阿特拉津具有良好的吸附效果，且速率快、成本低廉。

技术研发人员：朱义年;陈彦旭;程燕;朱宗强;何慧军;张立浩
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021.07.23