CN106807325A - Fe/C复合材料及其应用 - Google Patents
Fe/C复合材料及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106807325A CN106807325A CN201610994493.4A CN201610994493A CN106807325A CN 106807325 A CN106807325 A CN 106807325A CN 201610994493 A CN201610994493 A CN 201610994493A CN 106807325 A CN106807325 A CN 106807325A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iron
- composite material
- containing solution
- water
- zero
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 166
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 18
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 18
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 15
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 15
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 7
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 7
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 7
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims description 6
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 uranyl ions Chemical class 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 abstract 1
- 239000012692 Fe precursor Substances 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 8
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 7
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N dioxouranium(2+) Chemical compound O=[U+2]=O WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- DSERHVOICOPXEJ-UHFFFAOYSA-L uranyl carbonate Chemical compound [U+2].[O-]C([O-])=O DSERHVOICOPXEJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910002007 uranyl nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/42—Materials comprising a mixture of inorganic materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/40—Aspects relating to the composition of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/48—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation
- B01J2220/4806—Sorbents characterised by the starting material used for their preparation the starting material being of inorganic character
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于材料化学技术领域，公开一种Fe/C复合材料。其采用包括下述步骤的碳热还原法制备：1)将铁盐溶解配制含铁溶液，向含铁溶液中加入碳源，振荡摇匀，控制含铁溶液的pH值为8.0左右，搅拌加热直至生成凝胶，然后转移至真空干燥箱中烘干其中的水分；2)将步骤一所得产物放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在500～1000℃条件下，碳化4h，冷却粉碎后用去离子水进行清洗，去除其中的水溶性成分，再过滤烘干，碾磨成粉末状，即得负载零价Fe/C复合材料。本发明还提供了Fe/C复合材料作为吸附剂用于固定废水中铀的应用。本发明解决了传统NaBH4液相还原法合成零价铁易团聚的技术问题，对废水中的铀酰离子具有高效的固定作用，可用于治理矿山含铀废水污染。
Description
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，涉及Fe/C复合材料，具体涉及一种采用碳热还原法制备的Fe/C复合材料，以及这种Fe/C复合材料作为吸附剂用于固定废水中铀的应用。
背景技术
随着核能和核科学技术的飞速发展，人类社会对铀资源的需求急剧增加。然而在铀矿开采、核燃料加工、核电利用及后处理过程中产生的含铀放射性废液量也逐渐增加。放射性废料的处置费用已成为各国重要的财经负担，放射性废物处置的研究越来越受到有关国家的重视。
铀作为放射性元素的一种，其在废水中主要以可溶解性的水合铀酰离子(UO2 2+)或铀酰碳酸盐络合物(UO2 2+(CO3)n)(2-2n))等U6+氧化态存在，对环境和人类健康造成严重威胁。含铀废水的传统处理方法主要包括混凝沉淀法、蒸发浓缩法、离子交换法、膜分离法、吸附法和零价铁还原法。
其中，零价铁还原是通过其还原作用，将可溶解的U(VI)还原为不易溶解的U(IV)，从而形成沉淀达到去除铀的目的。但是，零价铁由于有磁性，易团聚，并且零价铁的合成主要是通过NaBH4还原制得。碳热还原铁是一种廉价的制备纳米零价铁的主要方法，类似于从铁钢矿石中提炼铁的方法。该方法是利用热能和热分解碳基材料(炭黑、碳纳米颗粒、中空碳超细石墨粉末等)所生成的还原性气体(H2、CO等)促使氧化铁或Fe2+还原为纳米零价铁。目前，在碳热法还原制备负载零价铁的研究中，主要以有机物和炭材料为碳源，通过碳化将铁盐还原为零价铁，从而对零价铁进行负载。然而，有关碳热还原制备负载零价铁复合材料的研究，当前尚未得到关注。
发明内容
本发明针对传统NaBH4液相还原法制备零价铁易团聚的问题，提供一种Fe/C复合材料的碳热还原制备方法。本发明所述Fe/C复合材料的制备方法是在无氧条件下，通过热解有机质产生还原物质，在高温条件下，将铁盐还原为零价铁，有机质变为稳定的碳材料，合成负载零价Fe/C复合材料。
具体而言，本发明给出的Fe/C复合材料，采用优化的碳热还原法制备，包括下述步骤的制备：
步骤一：将铁盐溶解配制含铁溶液，向含铁溶液中加入碳源，振荡摇匀，控制含铁溶液的pH值为8.0左右，搅拌加热直至生成凝胶，然后转移至真空干燥箱中烘干其中的水分；
步骤二：将步骤一所得产物放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在500～1000℃条件下，碳化4h，冷却粉碎后用去离子水进行清洗，去除其中的水溶性成分，再过滤烘干，碾磨成粉末状，即得负载零价Fe/C复合材料。
为了进一步明确本发明所述方法，使其更具操作性和实用性。作为优选的实施方式之一，在本发明所述制备Fe/C复合材料方法的步骤一中，选用硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸亚铁和硝酸铁中的一种或其混合铁盐，用于配制含铁溶液；同时，选用面粉、蔗糖、污泥中的一种或其混合物作为所述碳源；并用氨水调节加入碳源的含铁溶液的pH值为8.0左右，真空干燥箱的加热温度设置为100～110℃。
作为优选的实施方式之一，所述Fe/C复合材料由下述方法制备：
步骤一：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入碳源100～500g，振荡摇匀，在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为8.0，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入105℃真空干燥箱中加热至干燥完全；
步骤二：将步骤一所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在500～1000℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗，去除其中的水溶性成分，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
作为优选的实施方式之一，所述管式电阻炉为可提供还原氛围的石英管电炉。
另一方面，本发明还提供了所述Fe/C复合材料在制备吸附剂中的应用。
作为优选的实施方式之一，所述Fe/C复合材料在处理含铀废水中的应用。
作为优选的实施方式之一，所述吸附剂用于固定废水中可溶性铀。
与现有技术相比，本发明所述Fe/C复合材料至少具有下述的有益效果或优点：
本发明所述Fe/C复合材料的碳热还原制备方法，不同于传统NaBH4液相还原法，其选择不同的铁盐为零价铁前驱物，将其溶解后，将一定量的碳源加入到含铁溶液中，振荡摇匀，然后放入磁力搅拌器中，搅拌加热至凝胶状，转移至真空干燥箱烘干其中的水分后，放入管式电阻炉中，在500～1000℃条件下，碳化4h后，再用去离子水进行清洗，震荡去除其中的水溶性无机盐成分，震荡24h，去除其中的水溶性成分，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价铁/碳复合材料。
本发明所述零价铁前驱物选用硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸亚铁和硝酸铁中的一种或其混合铁盐，而碳源选用廉价易得的选用面粉、蔗糖、污泥中的一种或其混合物。通过无氧加热碳化的方法，营造还原性氛围，用于合成负载零价铁/碳复合材料，该负载方法可避免零价铁的团聚，而且在非液相环境中进行，避免生产过程产生废水。
本发明所述Fe/C复合材料具有纳米片状结构，且纳米片状结构能够分散在碳载体上，对废水中的铀酰离子具有高效的固定作用，可用于治理矿山含铀废水污染，应用前景广泛。
在以下实施例中进一步描述本发明，而不以任何形式旨在限制如权利要求所表明的本发明的保护范围。
具体实施方式
实施例一
本实施例选用面粉作为碳源，零价铁前驱物选用硫酸亚铁。将硫酸亚铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入100g面粉，振荡摇匀，为了使面粉与硫酸亚铁溶液充分混合，可辅助超声。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，充分搅拌混合，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为8.5。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入100℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在本实施例中，管式电阻炉优选为可提供还原氛围的石英管电炉。在500℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例二
本实施例选用蔗糖作为碳源，零价铁前驱物选用硫酸铁。将硫酸铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入150g蔗糖，振荡摇匀。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为8.1。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入110℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的可提供还原氛围的石英管电炉。在1000℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例三
本实施例选用污泥作为碳源，零价铁前驱物选用硝酸铁。将硝酸铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入500g污泥，振荡摇匀。为了使污泥与硝酸铁溶液充分混合，可辅助超声30min。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，然后用氨水控制加入污泥的含铁溶液pH值为8.3。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入105℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的可提供还原氛围的石英管电炉。在900℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例四
本实施例选用污泥作为碳源，零价铁前驱物选用硫酸铁。将硫酸铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入300g污泥，振荡摇匀。为了使污泥与硫酸铁溶液充分混合，可辅助超声30min。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，然后用氨水控制加入污泥的含铁溶液pH值为7.8。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入110℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的可提供还原氛围的石英管电炉。在950℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例五
本实施例选用面粉作为碳源，零价铁前驱物选用硫酸铁。将硫酸铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入200g面粉，振荡摇匀。为了使面粉与硫酸铁溶液充分混合，可辅助超声30min。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为8.0。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入100℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的可提供还原氛围的石英管电炉。在600℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例六
本实施例选用面粉作为碳源，零价铁前驱物选用硝酸亚铁。将硝酸亚铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入260g面粉，振荡摇匀，为了使面粉与硝酸亚铁溶液充分混合，可辅助超声30min。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，充分搅拌混合，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为7.9。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入110℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在本实施例中，管式电阻炉优选为可提供还原氛围的石英管电炉。在700℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例七
本实施例选用面粉和蔗糖的混合物作为碳源，零价铁前驱物选用硝酸亚铁。将硝酸亚铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入300g碳源(面粉与蔗糖的质量比为3:2)，振荡摇匀，为了使面粉与硝酸亚铁溶液充分混合，可辅助超声30min。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，充分搅拌混合，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为8.2。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入100℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在本实施例中，管式电阻炉优选为可提供还原氛围的石英管电炉。在750℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例七
本实施例选用面粉和污泥的混合物作为碳源，零价铁前驱物选用硝酸铁。将硝酸铁配制成5mol/L的含铁溶液备用。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入200g碳源(面粉与污泥的质量比为1:1)，振荡摇匀，为了使面粉、污泥与硝酸铁溶液充分混合，可辅助超声40min。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，充分搅拌混合，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为8.4。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入110℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在本实施例中，管式电阻炉优选为可提供还原氛围的石英管电炉。在800℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例八
本实施例选用污泥作为碳源，零价铁前驱物选用硫酸铁和硝酸铁的混合物。将硫酸铁和硝酸铁配制成5mol/L的含铁溶液备用，硫酸铁与硝酸铁的质量比为1:4。本实施例Fe/C复合材料的制备，可包括下述步骤：
步骤1)：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入300g污泥，振荡摇匀。为了使污泥与硫酸铁溶液充分混合，可辅助超声40min。在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，然后用氨水控制加入污泥的含铁溶液pH值为8.2。调节好pH值后，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入110℃真空干燥箱中加热至干燥完全。
步骤2)：将步骤1)所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的可提供还原氛围的石英管电炉。在900℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗。为了彻底除去其中的水溶性成分，将所得样品用去离子水进行清洗时，可震荡24h，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
实施例九
取一定量上述实施例一、二、三、七制得的任一复合材料，投入初始浓度为20mg/L(U)的硝酸双氧铀中，搅拌吸附2小时后，离心分离负载零价铁/碳复合材料，用紫外可见分光光度计(UV-3150，岛津)测量溶液中剩余铀酰离子的浓度，计算吸附量。优选得出的吸附剂，吸附量能够达到17.66mg g-1(U)。
实施例十
取一定量上述实施例一、四、五、八制备的Fe/C复合材料，制成吸附剂。将吸附剂投入浓度为5mg/L(U)的矿山废水中，在恒温振荡器上以120r/min的速率振荡2h，分离上清液，并采用ICP-MS测定溶液中剩余铀酰离子的浓度，计算对铀酰离子的吸附量去和去除率，其最大吸附量能够达到4.99mg g-1，去除率达到99.8％。
实施例十一
取一定量上述实施例一、三、四制备的Fe/C复合材料，制成吸附剂。将吸附剂置于自制的填充柱反应器中，按一定流量通入初始浓度为5mg/L(U)矿山废水，测其对铀酰离子的吸附穿透效果。吸附剂对铀酰离子的吸附量能够达到9.56mg g-1。
上面结合实施例对本发明做了进一步的叙述，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (7)
1.Fe/C复合材料，其特征在于，采用包括下述步骤的碳热还原法制备：
步骤一：将铁盐溶解配制含铁溶液，向含铁溶液中加入碳源，振荡摇匀，控制含铁溶液的pH值为8.0左右，搅拌加热直至生成凝胶，然后转移至真空干燥箱中烘干其中的水分；
步骤二：将步骤一所得产物放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在500～1000℃条件下，碳化4h，冷却粉碎后用去离子水进行清洗，去除其中的水溶性成分，再过滤烘干，碾磨成粉末状，即得负载零价Fe/C复合材料。
2.根据权利要求1所述Fe/C复合材料，其特征在于，在所述步骤一中，选用硫酸亚铁、硫酸铁、硝酸亚铁和硝酸铁中的一种或其混合铁盐配制成含铁溶液，所述碳源选用面粉、蔗糖、污泥中的一种或其混合物，用氨水调节加入碳源的含铁溶液的pH值为8.0左右，真空干燥箱的加热温度设置为100～110℃。
3.根据权利要求2所述Fe/C复合材料，其特征在于，由下述方法制备：
步骤一：向体积为1L浓度为5mol/L的含铁溶液中，加入碳源100～500g，振荡摇匀，在40℃的水浴温度下，磁力搅拌混合24h，然后用氨水控制加入碳源的含铁溶液pH值为8.0，在70℃的水浴温度下搅拌加热，直至生成凝胶，然后转入105℃真空干燥箱中加热至干燥完全；
步骤二：将步骤一所得产物置于陶瓷方舟中，放入具有氮气保护的管式电阻炉中，在500～1000℃条件下，碳化4h，冷却后取出，粉碎过100目筛后，将所得样品用去离子水进行清洗，去除其中的水溶性成分，再过滤烘干，碾磨成粉末状，过100目筛，得到负载零价Fe/C复合材料。
4.根据权利要求3所述Fe/C复合材料，其特征在于，所述管式电阻炉为可提供还原氛围的石英管电炉。
5.权利要求1至4中任一项所述Fe/C复合材料用于制备吸附剂的应用。
6.权利要求1至4中任一项所述Fe/C复合材料在处理含铀废水中的应用。
7.根据权利要求5所述应用，所述吸附剂用于固定废水中可溶性铀。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610994493.4A CN106807325B (zh) | 2016-11-10 | 2016-11-10 | Fe/C复合材料及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610994493.4A CN106807325B (zh) | 2016-11-10 | 2016-11-10 | Fe/C复合材料及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106807325A true CN106807325A (zh) | 2017-06-09 |
| CN106807325B CN106807325B (zh) | 2019-05-07 |
Family
ID=59106518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610994493.4A Active CN106807325B (zh) | 2016-11-10 | 2016-11-10 | Fe/C复合材料及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106807325B (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107456984A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-12 | 山东师范大学 | 具有可见光光解水制氢性能的铁碳复合材料及制备方法 |
| CN108191005A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-06-22 | 桐乡市易清环保科技有限公司 | 一种改性铁炭电解微纳米结构制备方法及污水处理方法 |
| CN108854959A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-23 | 湖南农业大学 | 一种纳米零价铁污泥基生物质炭的制备方法及其应用 |
| CN108906052A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-30 | 南京理工大学 | 零价铁/碳材料催化剂及其制备方法 |
| CN109012588A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-18 | 黑龙江科技大学 | 一种以褐煤为原料制备污水处理剂的方法 |
| CN111215026A (zh) * | 2018-11-26 | 2020-06-02 | 西南科技大学 | 一种利用纳米碳管负载纳米零价铁处理含铀废水的方法 |
| CN112548095A (zh) * | 2019-09-26 | 2021-03-26 | 南开大学 | 碳包覆纳米零价铁及其制备方法和应用 |
| CN113694884A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-11-26 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种纳米零价铁负载的多孔碳复合材料铀吸附剂制备方法 |
| CN113694883A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-11-26 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种以杨木为载体的载铁生物炭制备方法 |
| CN114162953A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-03-11 | 西安交通大学 | 一种硫化螯合态零价铁及其制备方法和应用 |
| CN114505054A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-17 | 江西省水利科学院 | 一种负载高含量零价铁磁性生物炭的制备方法及其应用 |
| CN115532263A (zh) * | 2022-11-03 | 2022-12-30 | 清华大学 | 一种铁碳复合材料及其辐照制备方法和应用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105060454A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-11-18 | 华北电力大学 | 一种磁场强化杭锦2#土负载纳米零价铁去除水中污染物的方法 |
| CN105344325A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-02-24 | 同济大学 | 一种处理重金属污染水体的纳米铁/介孔硅复合材料的制备方法 |
| CN105502558A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-20 | 闽南师范大学 | 一种活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法 |
| CN105817212A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-03 | 合肥工业大学 | 一种用沉积菱铁矿制备Fe/C复合多孔结构材料的方法 |
-
2016
- 2016-11-10 CN CN201610994493.4A patent/CN106807325B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105060454A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-11-18 | 华北电力大学 | 一种磁场强化杭锦2#土负载纳米零价铁去除水中污染物的方法 |
| CN105344325A (zh) * | 2015-11-04 | 2016-02-24 | 同济大学 | 一种处理重金属污染水体的纳米铁/介孔硅复合材料的制备方法 |
| CN105502558A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-20 | 闽南师范大学 | 一种活性污泥及纳米铁铜复合材料的制备方法 |
| CN105817212A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-03 | 合肥工业大学 | 一种用沉积菱铁矿制备Fe/C复合多孔结构材料的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LINGJUN KONG ET AL.: "Simultaneous reduction and adsorption for immobilization of uranium from aqueous solution by nano-flake Fe-SC", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》 * |
| 王同华等: "Fe /C 复合纳米炭粉的制备及其磁学性能研究", 《新型炭材料》 * |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107456984A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-12 | 山东师范大学 | 具有可见光光解水制氢性能的铁碳复合材料及制备方法 |
| CN108191005B (zh) * | 2018-02-01 | 2021-12-28 | 桐乡市易清环保科技有限公司 | 一种改性铁炭电解微纳米结构制备方法及污水处理方法 |
| CN108191005A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-06-22 | 桐乡市易清环保科技有限公司 | 一种改性铁炭电解微纳米结构制备方法及污水处理方法 |
| CN108906052A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-30 | 南京理工大学 | 零价铁/碳材料催化剂及其制备方法 |
| CN108906052B (zh) * | 2018-06-29 | 2021-06-08 | 南京理工大学 | 零价铁/碳材料催化剂及其制备方法 |
| CN108854959A (zh) * | 2018-07-04 | 2018-11-23 | 湖南农业大学 | 一种纳米零价铁污泥基生物质炭的制备方法及其应用 |
| CN109012588A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-18 | 黑龙江科技大学 | 一种以褐煤为原料制备污水处理剂的方法 |
| CN111215026A (zh) * | 2018-11-26 | 2020-06-02 | 西南科技大学 | 一种利用纳米碳管负载纳米零价铁处理含铀废水的方法 |
| CN112548095A (zh) * | 2019-09-26 | 2021-03-26 | 南开大学 | 碳包覆纳米零价铁及其制备方法和应用 |
| CN113694884A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-11-26 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种纳米零价铁负载的多孔碳复合材料铀吸附剂制备方法 |
| CN113694883A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-11-26 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种以杨木为载体的载铁生物炭制备方法 |
| CN113694884B (zh) * | 2020-11-05 | 2023-08-29 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种纳米零价铁负载的多孔碳复合材料铀吸附剂制备方法 |
| CN114162953A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-03-11 | 西安交通大学 | 一种硫化螯合态零价铁及其制备方法和应用 |
| CN114505054A (zh) * | 2022-02-17 | 2022-05-17 | 江西省水利科学院 | 一种负载高含量零价铁磁性生物炭的制备方法及其应用 |
| CN114505054B (zh) * | 2022-02-17 | 2023-03-10 | 江西省水利科学院 | 一种负载高含量零价铁磁性生物炭的制备方法及其应用 |
| CN115532263A (zh) * | 2022-11-03 | 2022-12-30 | 清华大学 | 一种铁碳复合材料及其辐照制备方法和应用方法 |
| CN115532263B (zh) * | 2022-11-03 | 2024-05-07 | 清华大学 | 一种铁碳复合材料及其辐照制备方法和应用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106807325B (zh) | 2019-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106807325A (zh) | Fe/C复合材料及其应用 | |
| Wang et al. | Unveiling the role and mechanism of mechanochemical activation on lithium cobalt oxide powders from spent lithium-ion batteries | |
| Pan et al. | Waste-to-resources: Green preparation of magnetic biogas residues-based biochar for effective heavy metal removals | |
| CN111203180B (zh) | 一种磁性生物炭复合吸附剂及其制备方法和应用 | |
| CN104556022B (zh) | 一种用微晶石墨制备膨胀微晶石墨材料的方法 | |
| CN104923161B (zh) | 一种磁性氧化石墨烯的制备方法及其应用 | |
| CN103894396B (zh) | 一种治理重金属污染土壤的方法 | |
| CN105597698A (zh) | 一种生物质炭基磁性活性污泥的制备及其在含铀废水处理中的应用 | |
| CN108126657B (zh) | 磁性猪粪生物炭及其制备方法 | |
| CN109364940A (zh) | 生物炭负载铁锰双金属氧化物光芬顿复合材料及其制备方法 | |
| CN106423051A (zh) | 一种磁性活化水热生物炭微球的制备方法与应用 | |
| CN102107872A (zh) | 一种化工污泥添加果壳制备活性炭的工艺 | |
| CN107511132A (zh) | 一种磁性四氧化三铁纳米粒子及其等离子体改性方法和应用 | |
| CN109569525A (zh) | 一种氨基修饰磁性稻壳生物炭的制备及利用其吸附水体中铀的方法 | |
| CN108079949B (zh) | 利用磁性猪粪生物炭去除水体中铅的方法 | |
| CN104941569A (zh) | 一种制备锰系锂离子筛吸附剂的方法 | |
| CN111871361A (zh) | 环境修复材料及其制备方法和应用 | |
| CN116196895A (zh) | 一种生物炭-铁基复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN108393067B (zh) | 一种原位合成四氧化三锰/石墨烯复合吸附剂的方法、其产品及应用 | |
| CN106179215A (zh) | 水生植物生物炭‑碳纳米管复合材料的制备方法与应用 | |
| CN113044837B (zh) | 一种磁性磷酸活化竹炭复合材料及其制备工艺 | |
| CN107199010A (zh) | 一种多级核壳结构提锂材料及其制备方法 | |
| CN110508286A (zh) | 以硫化镍精矿制备(Ni,Mg,Cu)Fe2O4异相类Fenton催化剂及使用方法 | |
| CN115725857A (zh) | 低品位云母矿微波氯化焙烧水浸提铷的方法 | |
| CN103406098A (zh) | 一种可磁分离竹炭材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |