一种生物炭负载纳米铁镍双金属材料制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明属于新型环境修复材料领域，尤其涉及一种生物炭负载纳米铁镍双金属材料制备方法及应用。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工业化和经济不断发展，全球的氯代有机化合物污染比较严重，其在水中的含量虽然比较低，但是却会对人类和生物的健康带来长期的严重危害。地下水和土壤中氯代烃污染的污染治理已成为全球地下水和土壤研究领域的热点和难点问题。随着环境技术的不断发展，各种新型环境修复材料，尤其是纳米零价铁材料的研究越来越来受到人们的关注。零价铁的电负性较大，是一种化学还原性很强的还原剂。纳米铁颗粒以其特有的表面效应和小尺寸效应，从而具有优越的吸附性能和很高的还原活性，可以提高零价铁颗粒的反应活性和处理效率，是一种具有广阔发展前景的纳米环境修复材料。
[0003]随着纳米材料即使的发展，纳米零价铁由于粒径小，比表面积大，表面能高，在与其它物质的反应中具有较高的活性，将纳米零价铁应用于环境污染的治理是一种新的污染控制技术，与传统的修复技术相比，该技术用于实施原位修复，成本更低，效率更高，为了提高纳米零价铁的脱氯效率，反应活性更高的纳米零价铁双金属体系成为了一个研究热点。Ni/Fe、Ag/Fe、Pt/Fe、Cu/Fe、Pd/Fe等纳米级双金属体系均可以明显提高纳米零价铁的反应活性。Lin等人采用纳米级Ni/Fe双金属体系降解4BS染料，取得较好的效果;Luo等人研究发现，和单纯的纳米级零价体相比，纳米级Ag/Fe双金属颗粒可以大大提高多溴联苯越的降解速率，而且在微波福射的条件下，反应速率可以进一步提高，被认为是一种创新的环境友好的污染处理方法;Huang等人将贵金属Pd负载在零价铁表面，制备出Pd/Fe双金属，发现四氯双酸A被逐步降解成三氯双酸A、二氯双盼A、一氯双酸A和双酴A，且表观速率常数随着钯化率的增加而逐渐增大。但是研究发现，在制备和使用过程中，纳米双金属容易团聚和钝化，而通过引入一定的载体材料作为稳定剂能够显著提高ZVI活性，防止纳米双金属团聚钝化。Dong等人在制备纳米Pd/Fe双金属体系时，引入羧甲基纤维素钠(CMC)作为稳定剂，显著的提高了NZVI的反应活性，0.2g/L的Pd/Fe双金属投加量在40min内即可去除100 %的对硝基氯化苯(初始浓度为50mg/L)，反应速率常数增大了 4倍。Su等人采用膨润土负载纳米Pd/Fe双金属颗粒，扫描电子显徵镜(SEM)、能量色散型X射线焚光光谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)等一系列表征结果显示，膨润土可以有效抑制Pd/Fe纳米颗粒的团聚，并加强其反应活性。因此寻求一种廉价有效的多孔材料作为铁镍双金属纳米颗粒载体，开发新型高效的地下水修复材料是环境修复领域的研究方向。
[0004]申请号为201510388818.X名称为“一种重金属铬污染土壤修复材料的制备及应用”，公开了一种生物炭负载纳米铁的修复材料，通过文献查阅比较发现，该利用甘蔗渣等为原材料制备成生物炭，用来负载纳米铁，该材料能有效修复铬污染土壤，但是该材料不一定能用于地下水中氯代烃的完全脱氯降解，因为纳米铁相对于纳米双金属材料而言活性较低，对氯代有机物的去除能力较差。申请号为201110300630.7名称为“含有铁镍双金属纳米颗粒的复合纳米纤维毡的制备方法”公开了一种复合纳米纤维毡固定纳米铁镍双金属的制备方法，该方面在制备过程中需要首先配置聚丙烯酸(PAA)/聚乙烯醇(PVA)聚电解质溶液来改性纤维毡，制作工艺繁琐且纤维毡材料价格较贵。目前，现有技术还未公开以小麦秸杆生物炭来制备和固定纳米铁镍双金属用于地下水氯代烃污染的方法。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供能够有效解纳米颗粒的团聚钝化问题，提高了材料对氯代烃有机污染物的一种生物炭负载纳米铁镍双金属材料的制备方法。
[0006]本发明的技术方案提供了一种纳米铁镍双金属材料的制备方法，具体包括如下步骤:
[0007]步骤1、将小麦秸杆在破碎机中破碎至粒度为2mm以下的秸杆粉末；
[0008]步骤2、将秸杆粉末至于厌氧管式炉中，500°C?600°C高温热解成生物炭，时间3?4h，冷却后取出，研磨成100?200目粉末；
[0009]步骤3、将生物炭浸泡在含lmol/L的盐酸中，并使用频率为40kHz的超声波分散处理15?20min，水洗后烘干；
[0010]步骤4、在将生物炭浸泡在含有硫酸亚铁溶液的三口烧瓶中，使用频率为40kHz的超声波分散处理30min;
[0011]步骤5、将上述三口烧瓶一口连接氮气保护，一口连接搅拌器，一口连接蠕动栗，搭建反应装置，完成后开启氮气保护；
[0012]步骤6、按摩尔比配置等量于二价铁的硼氢化钠还原剂，并滴加几滴lmol/L氢氧化钠溶液，冰浴保护，在氮气保护和100rpm转速搅拌下，利用蠕动栗将硼氢化钠还原剂逐滴滴加到三口烧瓶中，滴加速度控制在I?2滴/秒，从而将二价铁还原成零价铁纳米粒，滴加完成后继续搅拌15min;
[0013]步骤7、搅拌完成后，在氮气保护下，用已除氧的去离子水清洗三次，去除反应过程中离子；
[0014]步骤8、清洗完成后继续搅拌，配置硫酸镍溶液，并用蠕动栗滴加硫酸镍溶液，滴加速率控制在I?2滴/秒，通过置换反应制备双金属体系；
[0015]步骤9、反应完成后继续清洗，最后用无水乙醇冲洗，并保存在无水乙醇中，防止氧化。
[0016]本发明的有益效果在于:该方法简便易操作，原料易得，制备得到的生物炭负载纳米铁镍双金属分散均匀，有效解纳米颗粒的团聚钝化问题，提高了材料对氯代烃有机污染物的去除效果。
【附图说明】
[0017]图1为不同比例生物炭负载纳米铁镍双金属材料对I，1，1_三氯乙烷的去除效果；
[0018]图2为生物炭负载纳米铁镍双金属材料对不同浓度I，I，1-三氯乙烷的去除效果。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图1-2对本发明的技术方案进行详细说明。
[0020]实施例1
[0021]本发明所述的一种生物炭负载纳米铁镍双金属材料制备方法，包括，在不同温度下，制备小麦秸杆生物炭，其次，还包括利用生物炭作为载体，形成纳米铁镍双金属材料的制备过程
[0022]更具体地，该实施例中，本发明所述的生物炭负载纳米铁镍双金属材料制备方法，包括:
[0023]步骤1、将小麦秸杆在破碎机中破碎至粒度为2mm以下的秸杆粉末；
[0024]步骤2、将秸杆粉末至于厌氧管式炉中，500°C?600°C高温热解成生物炭，时间3?4h，冷却后取出，研磨成100?200目粉末；
[0025]步骤3、将生物炭浸泡在含lmol/L的盐酸中，并使用频率为40kHz的超声波分散处理15?20min，水洗后烘干；
[0026]步骤4、在将生物炭浸泡在含有硫酸亚铁溶液的三口烧瓶中，使用频率为40kHz的超声波分散处理30min;
[0027]该步骤中，在三口烧瓶中加入乙醇和水(V