CN107537441A - 一种纳米金属颗粒改性水热炭材料的制备和用途 - Google Patents

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江卢华
刘云国
曾光明
刘少博
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Abstract

本发明涉及一种铁锰纳米氧化物改性水热炭材料的制备和应用。本发明将铁锰氧化物负载在水热炭的表面,从而增加水热炭的吸附位点。制备的具体步骤为:首先制备水热炭,原材料为稻壳。再利用化学沉降法将铁锰纳米氧化物负载到水热炭的表面。本发明方法制备得到的铁锰纳米氧化物改性水热炭,具有大量的吸附位点。通过研究初始浓度和pH对水体中的17β‑雌二醇吸附的影响,发现该材料对17β‑雌二醇具有较强的吸附能力。铁锰纳米氧化物改性水热炭材料制备简单,成本低,吸附性能优越,是一种应用潜力较高的吸附剂。

Description

一种纳米金属颗粒改性水热炭材料的制备和用途
技术领域
[0001]本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域,具体涉及一种铁锰纳米氧化物改 性水热炭的制备方法及其应用。
背景技术
[0002]水热炭是一种类似于水热炭的碳含量丰富材料。它是在相对温和温度下(180—250 °C)和饱和压力(自生或由气体提供)水热碳化生物质所获得的。近年来,由于在碳封存、吸 附处理、容器育苗圃、燃料、甚至土壤添加剂等方面的潜力,将生物质转化为水热炭引起了 相当大的兴趣。与水热炭相比,水热炭的主要优点是可以将湿的废弃物转化成固体,而不需 要在碳化过程之前和过程中进行干燥;此外,这个简单的碳化过程具有高产量的固体(含有 大量的官能团),更少的有害气体排放。然而,水热炭的一个缺点是它的比表面积较低,孔隙 率也很低。因此,有许多通过改性水热炭提高吸附性能的研宄。例如,Khataee等人研发了 FesO4改性水热炭,在加载Fe3〇4纳米颗粒后,水热炭的比表面积显著增加(从17.2增加到 34 • 7m2/g),具有很高的酸性红17的吸附能力。lsmadji等人将膨润土负载在水热炭上,改性 后的水热炭具有丰富的微孔结构,对铵具有很强的去除能力。近年来,铁锰纳米氧化物 (FMBO)由于其相对较大的表面积,已经应用于水中污染物的去除。并且,FMB〇已经成功地负 载在粘土矿物和石墨烯上,用于去除重金属和有机化合物的吸附去除。因此,再通过适当的 方法将FMB0纳米颗粒负载在水热炭的表面,制备成FMB0修饰的水热炭复合材料,能够增加 水热炭的表面吸附位点,提高水热炭的吸附去除能力。
发明内容
[0003]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的技术问题,通过FMB0对水热 炭的改性提高水热炭的吸附能力,提升水热炭在处理废水方面的应用价值。
[0004] 本发明提出的一种FMB0改性的水热炭的制备方法,是将FMB0引入到水热炭的表 面,这种改性的水热炭可以增加吸附结合位点,具体步骤如下:
[0005] ⑴制备水热炭,即将15.00g的稻壳(13.21g的干质量)加入到一个不锈钢的反应 釜(200mL),然后加入90mL的超纯水。然后,反应釜在200°C的温度下加热6h,然后,等待冷却 到室温后,过滤得到水热炭产品,再用超纯水清洗,最后在烘箱中以90°C干燥24h。
[0006] (2)制备两种储备溶液,S卩0.85mM KMn〇4溶液和1.785mM FeCl2溶液;
[0007] ⑶再将150mg水热炭加入到100mL FeCl2溶液中,磁力搅拌30min;
[0008] (4) 70mL KMn04溶液在磁力搅拌下缓慢滴加到上述混合液中,接着用lm〇l/LNaOH 溶液调节pH值到7〜8,并继续磁力搅拌30分钟;
[0009] ⑸将获得的FMB0改性水热炭在室温下陈化1天。
[0010] (6)过滤后,用超纯水反复清洗FMB0改性水热炭,最后真空干燥。
[0011] 上述制备方法中,所述的水热炭的比表面积为44.47m2/g,孔容为0.118cm3/g。
[0012] 上述制备方法中,所述的水热炭的添加量为150mg,FeCl2(1.785mM)Sl〇〇mL,KMn〇4 (0.85mM)为70mL。
[0013] 上述制备方法中,FMBO改性水热炭在室温下的陈化时间为1天。
[0014] 上述制备方法中,所述的FMB0改性水热炭的比表面积为167.17m2/g,孔容为 0.141cm3/g。
[0015] 利用本发明方法制备得到的FMB0改性水热炭去除水体中有机污染物17P-雌二醇。
[0016] 与现有技术相比,本发明的优点在于:
[0017] 1.本发明的FMB0改性水热炭材料的制备方法简单可行,生产速度快周期短,不需 要复杂的化工设备,能够实现工业化生产。
[0018] 2.产品无毒,对环境友好,原材料成本低。
[0019] 3.本发明的FMB0改性水热炭对170-雌二醇污染物的去除效率高。
附图说明
[0020] 图1是本发明实施例1的FMB0改性水热炭材料的扫描电镜示意图;
[0021] 图2是本发明实施例2的FMB0改性水热炭材料对水体中170-雌二醇的吸附量。
[0022] 图3是本发明实施例3的不同pH对水体中170-雌二醇的吸附量的影响。
具体实施方式
[0023] 以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0024] 实施例1:
[0025] —种本发明所述的FMB0改性水热炭材料的具体制备方法如下:
[0026] 将15.00g的稻壳(13.21g的干质量)加入到一个不锈钢的反应爸(200mL),然后加 入90mL的超纯水。然后,反应釜在200°C的温度下加热6h,等待冷却到室温后,过滤得到水热 炭产品,再用超纯水清洗,最后在烘箱中以90°C干燥24h。制备两种储备溶液,S卩0.85mM KMn04溶液和1.785mM FeCl2溶液;再将150mg水热炭加入到100mL FeCl2溶液中,磁力搅拌 30min;70mLKMn04溶液在磁力搅拌下缓慢滴加到上述混合液中,接着用lmol/L NaOH溶液调 节pH值到7〜8,并继续磁力搅拌30分钟;将获得的FMB0改性水热炭在室温下陈化1天。过滤 后,用超纯水反复清洗FMB0改性水热炭,最后真空干燥。
[0027]上述制得的FMB0改性水热炭材料外观为黑褐色。将其置于扫描电镜下观察,其表 面结构如图1所示,可以观察到FMB0纳米粒子负载在水热炭的表面,并且材料具有丰富的孔 隙结构。
[0028] 实施例2:
[0029] 本发明的FMB0改性水热炭材料处理水体中的雌激素污染物17P-雌二醇,包括以下 步骤:
[0030] 分别取0.2〜8mg/L17f3-雌二醇溶液lOOmL于锥形瓶中,每个锥形瓶中加入5mg FMB0改性水热炭材料后,置于水浴恒温振荡器中,在28°C条件下反应。24h后,每个锥形瓶分 别取10mL溶液进行离心,离心后通过0 • 45wii滤膜过滤,取滤液于离心管中。采用荧光风光光 度计检测反应后的溶液浓度。结果如图2所示。
[0031]由图2可知,在不同170-雌二醇初始浓度条件下,FMB0改性水热炭材料对水体中17 杉-雌二醇具有较强的吸附能力。并且,FMB0改性水热炭的吸附容量高于水热炭的。
[0032] 实施例3:
[0033] 本发明的FMB0改性水热炭材料处理水体中的雌激素污染物17P-雌二醇,包括以下 步骤:
[0034] 配置10份100mL的6mg/L的17P-雌二醇溶液,用lmol/L的NaOH和HC1调节pH为3-12。 加入上述改性水热炭5mg。置于水浴恒温振荡器中,在28°C条件下反应。在不同的间隔时间 点分别取l〇mL溶液进行离心,离心后通过0.45wn滤膜过滤,取滤液于离心管中。采用荧光分 光光度计检测反应后的溶液浓度。不同pH下的吸附量结果如图3所示。
[0035] 由图3可知,不同pH条件对吸附存在影响。pH较高时不利于吸附剂对17{3-雌二醇的 去除,随着pH升高,吸附量逐渐下降。
[0036]以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例, 与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铁锰纳米氧化物改性水热炭的制备方法,其特征在于,该方法是将铁锰氧化物 负载在水热炭的表面,从而增强水热炭的吸附性能。
2.—种如权利要求1所述的一种铁锰纳米氧化物改性水热炭的制备方法,包括以下步 骤: 将15.00g的稻壳(13.21g的千质量)加入到一个不锈钢的反应釜(2〇〇mL),然后加入 90mL的超纯水。然后,反应釜在20(TC的温度下加热eh,等待冷却到室温后,过滤得到水热炭 产品,再用超纯水清洗,最后在烘箱中以90°C干燥24h。制备两种储备溶液,即〇. 85mM KMn04 溶液和1.785mM FeCh溶液;再将150mg水热炭加入到lOOmL FeCl2溶液中,磁力搅拌30min; 70mL KM11O4溶液在磁力搅拌下缓慢滴加到上述混合液中,接着用lmol/L NaOH溶液调节pH 值到7〜8,并继续磁力搅拌30分钟;将获得的铁锰纳米氧化物改性水热炭在室温下陈 天。过滤后,用超纯水反复清洗铁锰纳米氧化物改性水热炭,最后真空干燥。
3.—种如权利要求2所述的一种铁锰纳米氧化物改性水热炭的制备方法,其特征在于, 所述的水热炭的比表面积为44 • 47m2/g,孔容为0 • 118cm3/g。
4. 一种如权利要求2所述的一种铁锰纳米氧化物改性水热炭的制备方法,其特征在于, 所述的水热炭的添加量为 15〇mg,FeCl2 (1 _785mM)为 100mL,KMn〇4 (0.85mM)为70mL。
5. —种如权利要求2所述的一种铁锰纳米氧化物改性水热炭的制备方法,其特征在于, 铁锰纳米氧化物改性水热炭在室温下的陈化时间为1天。
6. —种如权利要求2所述的一种铁锰纳米氧化物改性水热炭的制备方法,其特征在于, 所述的铁猛纳米氧化物改性水热炭的比表面积为167.17m2/g,孔容为0.141cm3/g。
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