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生物炭负载铁氧化物复合材料的制备及在水处理中的应用

2021-03-08李广柱曾尚景孙述海许开成边德军

化工进展 2021年2期
关键词:复合材料

李广柱,曾尚景,孙述海,许开成,边德军

(1 长春工程学院水利与环境工程学院,吉林长春130012;2 吉林省城市污水处理重点实验室,吉林长春130012;3 佛山水务环保股份有限公司,广东佛山528000)

纳米铁氧化物包括磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(α-Fe2O3)、磁赤铁矿(γ-Fe2O3)等铁的氧化物,也包括针铁矿(α-FeOOH)、正方针铁矿(β-FeOOH)、纤铁矿(γ-FeOOH)、水铁矿(Fe5HO8·4H2O)、水合氧化铁(Fe2O3·xH2O)等铁的氢氧化物。因具有比表面积(specific surface area, SSA)大、吸附点位多、氧化还原活性高、表面容易功能化等优点,纳米铁氧化物容易吸附水中磷[1]、重金属离子[2-3]和有机物[4];并且能够活化过氧化氢(H2O2)[5]、过硫酸盐(persulfate,PS)等生成自由基,氧化降解有机物[6]。但是,由于粒径小、表面能高,纳米铁氧化物尤其是Fe3O4等磁性纳米粒子容易发生团聚,而降低反应活性[7-8]。而对于水合氧化铁等非磁性纳米铁氧化物,直接应用于污水处理系统时存在固液分离困难、易流失等技术瓶颈。以多孔材料为载体,制备纳米铁氧化物复合材料可以提高纳米铁氧化物的分散性,改善其反应活性,并可以利用铁氧化物与载体材料的协同作用提高对污染物的去除效果[9]。

生物炭(biochar,BC)是一种在低氧环境下,由生物质高温热解(>250℃)[10]或低温水热炭化(<250℃)[11]形成的含碳固体多孔材料。因具有SSA大、碳结构牢固、原料来源广、成本低等优点,近年来受到了人们广泛关注[12-14]。BC对重金属和有机污染物的去除主要依靠其吸附能力,但BC 表面以负电荷官能团为主,使其对阴离子污染物的吸附能力有限[15-18]。以BC 为多孔炭载体,负载纳米铁氧化物制备BC负载铁氧化物(铁氧化物/BC)复合材料,不仅可以防止铁氧化物的团聚,增加BC 的表面吸附点位和SSA,提高其对污染物吸附能力;……

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