一种含铁碳基材料、其制备方法及应用

本发明涉及水污染治理，尤其涉及一种含铁碳基材料、其制备方法及应用。

背景技术：

1、抗生素恩诺沙星(ent)和阿莫西林(amt)是集约化养殖中常见的生长促进剂。天然水体中富集的抗生素通常来自市政废水、流经动物粪便施肥土壤的地表径流以及水产养殖过程中产生的养殖废水。ent和amt在动物体内的富集最终会通过人类的摄食行为进入人体而产生毒害作用。此外，在生活和生产废水中，不仅存在抗生素等有机污染物，同时伴随着各种重金属的富集，如cr(vi)等。因此，实际水生环境中的污染具有复杂性。

2、相较于单一重金属或抗生素污染，重金属和抗生素复合污染问题的解决难度更大。半导体光催化技术由于具有氧化和还原性的空穴-电子对已被广泛用于同时去除抗生素和cr(vi)。然而，即使在光照条件下，cr(vi)的存在仍然会抑制依诺沙星的降解。此外，大量的能量消耗阻碍了光催化方法在复合污染物中的应用。

3、吸附是去除重金属或抗生素污染简单而有效的方法。以生物炭(bc)或碳纳米管(cnt)为载体的fe3c复合材料的吸附剂已被用于去除cr(vi)。在复合材料中，cr(vi)的吸附主要是由cnt中羧基基团的络合介导的，碳质材料中的醇、还原性酚或醛也可以诱导cr(vi)的还原。与此同时，fe3c颗粒中的原子态氢、fe2+和fe0也可以还原cr(vi)。然而，这些复合材料对cr(vi)的吸附能力有限，最大吸附量仅为23.7～23.8mg/g。聚丙烯酸嫁接羧基石墨烯/钛纳米管复合材料主要靠静电相互作用对enr进行吸附，但最大吸附量也仅有13.4mg/g。磁性多壁碳纳米管(mmwcnt)只能去除23.5mg/g的amt，其去除机理是发生在mmwcnt的石墨片中的六边形排列的碳原子和amt的芳香骨架之间范德华力相互作用。

4、单一碳质材料无法有效去除cr(vi)和抗生素。inyang等通过利用不同浓度的羧基官能化cnt溶液对生物质进行浸涂后通过缓慢热解合成了一种混合mcnt负载的bc材料。bc是cnt的载体，cnt显著增加了bc的物理化学特性。混合mcnt-bc纳米复合材料对亚甲基蓝具有良好的吸附能力。该材料还可以同时去除pb(ii)和磺胺吡啶的复合溶液，与bc相比，磺胺吡啶的去除效率显著提高。复合材料中π电子的丰度使其具有优异的吸附性能。然而，这些碳质复合材料很难降解抗生素。因此，提供一种成本低廉、制备简便且能同步去除重金属和抗生素的碳化铁负载复合碳基材料是十分必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种含铁碳基材料、其制备方法及应用，本发明制备的含铁碳基材料能够同步吸附去除包括六价铬和抗生素的复合污染物，并且去除效果较优，同时，在所述复合污染物去除中具有很好的循环使用性能。

2、本发明提供了一种含铁碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

3、a)将三聚氰胺、生物炭和乙醇溶液混合搅拌1～2h后，再与fecl3混合搅拌3～4h，得到混合料液；

4、b)将所述混合料液干燥后，进行研磨，得到前驱体粉末；

5、c)将所述前驱体粉末在保护气气氛下煅烧，得到含铁碳基材料。

6、优选的，所述三聚氰胺和生物炭的质量比为0.5～1：0.5～1；

7、所述生物炭与乙醇溶液的用量比为0.5～1g：15～25ml。

8、优选的，所述生物炭和fecl3的质量比为0.5～1：1～8。

9、优选的，步骤c)中，所述保护气可以为氮气；所述保护气的流速为30～50ml/min。

10、优选的，步骤c)中，所述煅烧包括：

11、从室温升温至450～550℃，保温1～3h，再升温至500～800℃，保温1～3h；

12、所述升温的速率均为3～5℃/min。

13、优选的，步骤c)中，所述煅烧后，还包括：自然冷却至室温；

14、冷却至室温后，还包括：研磨至100目。

15、优选的，所述含铁碳基材料的比表面积为412～696m2/g，平均孔径为1.95～3.01nm。

16、本发明还提供了一种上文所述的制备方法制得的含铁碳基材料。

17、本发明还提供了一种上文所述的含铁碳基材料在污染水土修复中的应用。

18、优选的，所述含铁碳基材料作为处理复合污染物的吸附剂；

19、所述复合污染物包括重金属和抗生素；

20、所述抗生素包括恩诺沙星和/或阿莫西林。

21、本发明提供了一种含铁碳基材料的制备方法，包括以下步骤：a)将三聚氰胺、生物炭和乙醇溶液混合搅拌1～2h后，再与fecl3混合搅拌3～4h，得到混合料液；b)将所述混合料液干燥后，进行研磨，得到前驱体粉末；c)将所述前驱体粉末在保护气气氛下煅烧，得到含铁碳基材料。本发明制备的含铁碳基材料能够同步吸附去除包括六价铬和抗生素的复合污染物，并且去除效果较优，同时，在所述复合污染物去除中具有很好的循环使用性能。

22、实验结果表明，随cr(vi)浓度的增加，mbcfe1对恩诺沙星(ent)的去除效率依次递增，mbcfe2和mbcfe3对ent的去除效率先增大后减小，mbcfe3对ent在cr(vi)浓度<1mmol/l时去除效率均大于对照，当浓度达到2mmol/l时去除效率仅降低了8.58％。当cr(vi)浓度为0.3mmol/l时，mbcfe1对阿莫西林(amt)的去除效率无影响。复合体系下，抗生素存在时对cr(vi)的去除效率没有明显影响，cr(vi)的去除效率均可以达到80％以上，在复合污染体系中对cr(vi)具有良好的去除能力。

23、将所述含铁碳基材料用于cr(vi)和抗生素复合污染物的循环使用，该复合材料在复合污染体系下循环四次后依然具有较好的去除能力，在复合污染循环去除实验中对ent和amt的去除效率相比于第一次，第四次仅降低了28.7％和20.5％。当循环达到第四次后cr(vi)的去除效率仅降低了6.59％，说明该复合材料对cr(vi)具有很好的循环使用性能和可再生性，能够有效减少修复成本，为fe3c负载复合碳基材料在实际复合污染水土修复中的应用提供理论依据。

技术特征：

1.一种含铁碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺和生物炭的质量比为0.5～1：0.5～1；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭和fecl3的质量比为0.5～1：1～8。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述保护气可以为氮气；所述保护气的流速为30～50ml/min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述煅烧包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述煅烧后，还包括：自然冷却至室温；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含铁碳基材料的比表面积为412～696m2/g，平均孔径为1.95～3.01nm。

8.权利要求1～7任意一项所述的制备方法制得的含铁碳基材料。

9.权利要求8所述的含铁碳基材料在污染水土修复中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述含铁碳基材料作为处理复合污染物的吸附剂；

技术总结
本发明涉及水污染治理技术领域，尤其涉及一种含铁碳基材料、其制备方法及应用。本发明提供了一种含铁碳基材料的制备方法，包括以下步骤：A)将三聚氰胺、生物炭和乙醇溶液混合搅拌1～2h后，再与FeCl<subgt;3</subgt;混合搅拌3～4h，得到混合料液；B)将所述混合料液干燥后，进行研磨，得到前驱体粉末；C)将所述前驱体粉末在保护气气氛下慢速煅烧，得到含铁碳基材料。本发明制备的含铁碳基材料能够同步吸附去除包括六价铬和抗生素的复合污染物，并且去除效果较优，同时，在所述复合污染物去除中具有很好的循环使用性能。

技术研发人员：赵楠,刘坤源,王瑞刚,仇荣亮
受保护的技术使用者：广东省科学院生态环境与土壤研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15