一种施氏矿物-生物炭复合材料及其制备方法和应用

本申请涉及吸附材料，具体涉及一种施氏矿物-生物炭复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着现代工业的迅猛发展，重金属污染问题日趋严峻，对人体健康和自然环境构成了严重威胁。铬作为一种常见的有毒重金属污染物，主要以六价铬cr(vi)和三价铬cr(iii)的形式存在于自然环境中。cr(vi)由于其强烈的毒性、良好的水溶性和高迁移性，已成为水体重金属离子污染治理的关键与挑战所在。

2、目前含cr(vi)废水的处理方法主要包括氧化还原沉淀法、离子交换法、生物法以及吸附法。其中，吸附法因其高效率、操作简便、成本低廉和稳定性强而被视为最有效的方法之一。在众多吸附剂中，生物炭和施氏矿物因其优异的吸附性能而被广泛应用于含铬废水的处理。

3、生物炭具备高孔隙度和大比表面积，能有效的吸附cr(vi)。此外，热解过程产生的持久性自由基(pfrs)可以将吸附在生物炭表面的cr(vi)还原为低毒性的cr(iii)，降低其环境毒性。然而，生物炭表面官能团数量有限，且常带负电荷，抑制了其对含氧阴离子，特别是cr(vi)的吸附效率。施氏矿物是一种结晶度低的铁羟基硫酸盐矿物，因其较大的比表面积、丰富的硫酸盐和羟基官能团以及带正电荷的表面，被视为一种具有潜力的生物炭改性剂。然而，与其它纳米矿物一样，施氏矿物具有易团聚、无法直接还原有毒的cr(vi)的缺陷，并且，其吸附能力受ph影响很大，仅在较窄的ph范围内对cr(vi)具有良好的吸附作用且吸附速率慢，极大地限制了其在污水处理中的应用范围和效率。

4、鉴于上述问题，迫切需要开发一种新型吸附材料，它应具备大吸附量、良好的还原性能和适用于更广泛ph范围的特性，以有效去除水体中的cr(vi)。

技术实现思路

1、本申请提供了一种施氏矿物-生物炭复合材料及其制备方法和应用，通过将施氏矿物和生物炭复合改性，有效结合施氏矿物和生物炭的优点，旨在解决现有技术中生物炭对铬cr(vi)的吸附量低，施氏矿物易团聚、不能还原毒性的cr(vi)，以及适用的ph范围窄的问题。

2、为了达到上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现。

3、本申请的一方面提供一种施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，包括：

4、将生物炭分散在水中，得到分散液；

5、向分散液中加入亚铁盐和双氧水，在室温下搅拌反应；

6、分离反应后分散液中的固体，洗涤、干燥，得到施氏矿物-生物炭复合材料。

7、在一些实施方案中，所述生物炭和所述亚铁盐的质量比为(0.1-0.42):1，亚铁盐和双氧水的摩尔比为1:1.5。

8、在一些实施方案中，所述生物炭和水的质量体积比为(0.002-0.01)g/ml。

9、在一些实施方案中，所述亚铁盐为硫酸亚铁或七水合硫酸亚铁中的任意一种或多种的混合物。

10、在一些实施方案中，所述生物炭为甘蔗渣生物炭。

11、在一些实施方案中，所述甘蔗渣生物炭，制备方法包括：

12、将甘蔗渣清洗后烘干，粉碎得到甘蔗渣粉；

13、将所述甘蔗渣粉在无氧气氛中加热至430-480℃，保温3-5h；将产物经过洗涤、干燥、研磨，得到甘蔗渣生物炭。

14、在一些实施方案中，所述施氏矿物-生物炭复合材料的粒度小于100目。

15、本申请的另一方面，提供上述制备方法制备的施氏矿物-生物炭复合材料。

16、本申请的第三方面，提供一种吸附剂，所述吸附剂包含施氏矿物-生物炭复合材料。

17、本申请的第四方面，提供上述施氏矿物-生物炭复合材料或吸附剂在去除水体中的cr(vi)中的应用。

18、与现有技术相比，本申请的有益效果为：

19、本申请通过对施氏矿物进行改性来制备施氏矿物-生物炭复合材料，制备工艺简单、成本低廉；原料来源广泛，不使用酸、碱等危化品，制备过程安全环保。

20、本申请的施氏矿物-生物炭复合材料，具有大的比表面积和良好的孔隙结构，其中生物炭表面的含氧官能团和持久性自由基(pfrs)可以作为电子供体，可将六价铬还原为低毒性的三价铬，而施氏矿物与生物炭的结合一方面加速了电子传递的效率，增强了生物炭的还原性，不仅大幅提高了吸附量，同时提高了cr(vi)的还原比例，降低了环境毒性；另一方面，施氏矿物与生物炭的结合极大的抑制了施氏矿物的团聚行为，提供了更多的有效活性点位，提高了对重金属污染物的吸附和络合效率。第三方面，施氏矿物与生物炭的结合降低了施氏矿物的酸性，提高了对酸性废水中cr(vi)的吸附量，在较宽的ph范围内均具有良好的去除率。本申请的施氏矿物-生物炭复合材料对cr(vi)具有吸附、还原及络合作用，在ph为2-10的范围内，均对cr(vi)具有较高的去除率和较快的吸附速率。

技术特征：

1.一种施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物炭和所述亚铁盐的质量比为(0.1-0.42):1，亚铁盐和双氧水的摩尔比为1:1.5。

3.根据权利要求1所述的施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物炭和水的质量体积比为(0.002-0.01)g/ml。

4.根据权利要求1或2所述的施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述亚铁盐为硫酸亚铁或七水合硫酸亚铁中的任意一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述生物炭为甘蔗渣生物炭。

6.根据权利要求5所述的施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述甘蔗渣生物炭，制备方法包括：

7.根据权利要求1所述的施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述施氏矿物-生物炭复合材料的粒度小于100目。

8.根据权利要求1-7任一项所述的施氏矿物-生物炭复合材料的制备方法制备的施氏矿物-生物炭复合材料。

9.一种吸附剂，其特征在于，包含权利要求8所述的施氏矿物-生物炭复合材料。

10.权利要求8所述的施氏矿物-生物炭复合材料或权利要求9所述的吸附剂在去除水体中的cr(vi)中的应用。

技术总结
本申请涉及吸附材料技术领域，公开了一种施氏矿物‑生物炭复合材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括：将生物炭分散在水中，得到分散液；向分散液中加入亚铁盐和双氧水，在室温下搅拌反应；分离反应后分散液中的固体，洗涤、干燥，得到施氏矿物‑生物炭复合材料。本申请通过对施氏矿物进行改性来制备施氏矿物‑生物炭复合材料，制备工艺简单、成本低廉；原料来源广泛，不使用酸、碱等危化品，制备过程安全环保。本申请的施氏矿物‑生物炭复合材料对Cr(VI)具有吸附、还原及络合作用，在pH为2‑10的范围内，均对Cr(VI)具有较高的去除率和较快的吸附速率。

技术研发人员：陈波,王锋,段佳毅,张元凯,李元鹏
受保护的技术使用者：北部湾大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21