本發(fā)明屬于廢水處理的，尤其涉及一種生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、四環(huán)素(tc)是一種廣泛用于人體醫(yī)學(xué)、畜牧養(yǎng)殖、動物疾病防治等領(lǐng)域的普適性抗生素。由于此類藥物的過度使用/濫用以及其在生物體內(nèi)的不完全代謝，tc成為廢水中常見的新型污染物，且對人體健康造成潛在威脅。因此，如何高效消除廢水中的tc是當(dāng)前污水處理技術(shù)需要解決的問題。

2、目前，應(yīng)用于廢水中四環(huán)素類抗生素的去除方法主要有光催化降解法、化學(xué)氧化法、吸附法、生物降解法和膜過濾法等。其中吸附法被廣泛認(rèn)為是最經(jīng)濟有效的方法之一。在應(yīng)用比較多的吸附材料中，生物炭(biochar，bc)由于自身的物理化學(xué)特性，被認(rèn)為是一種高效且廉價易得的吸附劑。生物炭是指生物質(zhì)材料在限氧的條件下經(jīng)高溫?zé)峤獾玫降母惶嘉镔|(zhì)，具有較高的比表面積和含氧官能團等特性；使其在土壤修復(fù)和污水處理等方面展現(xiàn)了良好的應(yīng)用潛力。然而，大多數(shù)生物炭對抗生素的去除效果并不理想，這對生物炭材料在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用帶來了一定的挑戰(zhàn)。

3、為提高生物炭對水體中污染物的去除效果，一種有效的途徑是對生物炭進行改性。納米零價鐵(nzvi)是一種典型的金屬納米材料，具有高活化能、高比表面積以及環(huán)境友好等特性。因其具有較好的吸附能力可以被用于去除水體中的有機污染物。然而，由于nzvi具有較高反應(yīng)活性和微磁性，其在水環(huán)境中易于團聚；從而限制了這種金屬納米材料的廣泛使用。綜合生物炭和nzvi的特點，可以將生物炭作為nzvi顆粒的載體，制備出生物炭負載納米零價鐵的復(fù)合材料(nzvi-bc)應(yīng)用于水體中抗生素污染物的去除。

4、現(xiàn)有報道的技術(shù)中(中國專利文獻cn117620199a)nzvi-bc的制備方法通常是熱解-液相還原法和一步熱解法。其中，熱解-液相還原法需要先制備出生物炭，然后通過還原劑(如水合肼、氫氣和硼氫化鈉等)將鐵鹽浸漬的生物炭還原制備出nzvi-bc復(fù)合材料。該方法流程復(fù)雜、所使用的還原劑的成本較高，同時還原過程會破壞生物炭的表面結(jié)構(gòu)。相對而言共熱解法需要經(jīng)過高溫?zé)峤馍杉{米零價鐵-生物炭，制備操作簡單，具有大規(guī)模生產(chǎn)并應(yīng)用的潛力。

5、關(guān)于共熱解法制備nzvi-bc復(fù)合材料也有一些專利文件報道，例如：中國專利文獻cn114433020a報道了一種共熱解制備生物炭固定零價鐵的復(fù)合材料制備方法。將赤鐵礦和生物質(zhì)加入去離子水中充分?jǐn)嚢韬蟪曁幚?，烘干后在的管式爐中熱解(700～900℃)得到生物炭固定零價鐵的復(fù)合材料，作為四環(huán)素的吸附劑；但是該方法為了使生物質(zhì)熱解過程能夠產(chǎn)生足夠的co和h2等還原性氣體將赤鐵礦還原為零價鐵，采用的赤鐵礦和生物質(zhì)的質(zhì)量比為1:4～6。導(dǎo)致不僅還原效果具有不可控性，而且限制了生物質(zhì)材料的充分利用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對一步熱解法或共熱解法制備nzvi-bc復(fù)合材料對廢水中四環(huán)素去除率低的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，制備過程簡單，生物質(zhì)的利用率高，能夠高效吸附廢水中四環(huán)素。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、一種生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：將生物質(zhì)材料粉碎后和納米零價鐵顆粒混合均勻得到混合物，將混合物進行熱解得到生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料。

4、所述生物質(zhì)材料為林業(yè)或/和農(nóng)業(yè)廢棄物。

5、所述生物質(zhì)材料為松木木屑。

6、所述生物質(zhì)材料和納米零價鐵顆粒的質(zhì)量比為100:(0.5-5)。

7、所述納米零價鐵顆粒的粒徑為5-500nm。

8、所述熱解溫度為300-900℃，熱解時間為2-5h，熱解過程在無氧環(huán)境中進行。

9、一種生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料，所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的粒徑不大于150μm。

10、一種生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料在廢水處理中的應(yīng)用，其特征在于，去除廢水中的四環(huán)素，具體步驟如下：將生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料加入含有tc的廢水中，調(diào)節(jié)廢水ph后恒溫處理，然后固液分離，去除體系的固體材料。

11、所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料在廢水中的濃度為0.4-1.0g/l。

12、所述ph為7-8；恒溫處理的溫度為20-30℃。

13、本發(fā)明的有益效果：

14、1、本發(fā)明將林業(yè)廢棄物和nzvi共熱解得到穩(wěn)定的bc-nzvi復(fù)合材料；并首次公開了納米零價鐵直接嵌入式制備生物炭復(fù)合材料的方法；所制備的bc-nzvi復(fù)合材料對抗生素具備很高的吸附能力。

15、2、本發(fā)明涉及的bc-nzvi復(fù)合材料是以林業(yè)固體廢棄物和商用的nzvi為原料，避免了熱解-液相還原或一步熱解過程中nzvi形貌不易調(diào)控的問題，對生物質(zhì)材料具有較高的利用率。所需的原料來源廣泛且易得；能夠節(jié)約成本并可以實現(xiàn)固體廢棄物的資源化利用。

16、3、本發(fā)明涉及的bc-nzvi復(fù)合材料性能穩(wěn)定，且在較為廣泛的ph范圍內(nèi)(3.0-10.0)對水體中tc的呈現(xiàn)了良好的去除效果，符合“以廢治廢”的廢棄物資源化理念。

17、4、本發(fā)明涉及的bc-nzvi復(fù)合材料制備工藝簡單，成本較低、生產(chǎn)周期短，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將生物質(zhì)材料粉碎后和納米零價鐵顆?；旌暇鶆虻玫交旌衔?，將混合物進行熱解得到生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)材料為林業(yè)或/和農(nóng)業(yè)廢棄物。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)材料為松木木屑。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)材料和納米零價鐵顆粒的質(zhì)量比為100:(0.5-5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述納米零價鐵顆粒的粒徑為5-500nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述熱解溫度為300-900℃，熱解時間為2-5h，熱解過程在無氧環(huán)境中進行。

7.權(quán)利要求1-6任一項所述方法制備的生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料，其特征在于，所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料的粒徑不大于150μm。

8.權(quán)利要求7所述生物炭負載納米零價鐵在廢水處理中的應(yīng)用，其特征在于，去除廢水中的四環(huán)素，具體步驟如下：將生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料加入含有tc的廢水中，調(diào)節(jié)廢水ph后恒溫處理，然后固液分離，去除體系的固體材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述生物炭負載納米零價鐵在廢水處理中的應(yīng)用，其特征在于，所述生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料在廢水中的濃度為0.4-1.0g/l。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述生物炭負載納米零價鐵在廢水處理中的應(yīng)用，其特征在于，所述ph為7-8；恒溫處理的溫度為20-30℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于廢水處理的技術(shù)領(lǐng)域，用以解決一步熱解法或共熱解法制備nZVI?BC復(fù)合材料對廢水中四環(huán)素去除率低的技術(shù)問題。本發(fā)明通過將納米零價鐵與生物質(zhì)材料混合碳化，使nZVI負載于BC的表面和孔隙內(nèi)，提高了nZVI與BC的結(jié)合能力，制備方法為將生物質(zhì)材料粉碎后和納米零價鐵顆?；旌暇鶆虻玫交旌衔?，將混合物進行熱解得到生物炭負載納米零價鐵復(fù)合材料。本發(fā)首次公開了納米零價鐵直接嵌入式制備生物炭復(fù)合材料的方法，所制備的BC?nZVI復(fù)合材料對抗生素具備很高的吸附能力。

技術(shù)研發(fā)人員：祁志沖,陳芷微,晉藝涵,周倩,王賓
受保護的技術(shù)使用者：河南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6