本發(fā)明涉及有機(jī)物降解，具體涉及一種零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法。

背景技術(shù)：

1、全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)(pfas)分子結(jié)構(gòu)中的大量高能c-f鍵使其具有疏水性、耐高溫性、耐化學(xué)腐蝕性等物理化學(xué)性質(zhì)，因此廣泛應(yīng)用于消防泡沫、金屬電鍍、保護(hù)涂層等生產(chǎn)領(lǐng)域。然而，pfass大量生產(chǎn)和使用的同時(shí)也導(dǎo)致其在地表水、地下水、飲用、水人體組織和血清中被普遍檢出。其中全氟辛烷磺酸(pfos)是最重要的pfas之一，研究表明，攝入超過一定水平的pfos可能會(huì)對(duì)人類和動(dòng)物的健康造成有害影響，即免疫毒性、肝腎毒性、心臟毒性、生殖毒性和神經(jīng)毒性，其健康風(fēng)險(xiǎn)引起人們的廣泛關(guān)注。因此，pfos的消除技術(shù)受到廣泛關(guān)注。

2、目前pfos的降解方法主要包括電化學(xué)降解法、物理吸附法、微生物降解法和光催化降解法等。物理吸附技術(shù)被認(rèn)為是去除水中全氟辛烷磺酸的一種很有前途的方法，可直接操作，成本較低，缺點(diǎn)是僅通過相轉(zhuǎn)移將水中的pfos轉(zhuǎn)移至固相材料，無法將其有效分解，電化學(xué)降解電耗過大且陰極易發(fā)生鈍化微生物降解法周期長，反應(yīng)過程難以控制，且微生物對(duì)pfos降解能力相對(duì)較弱，降解過程中容易產(chǎn)生次生生物有機(jī)質(zhì)污染物，光催化降解催化劑成本高，催化劑上的光生空穴和電子會(huì)結(jié)合導(dǎo)致光能利用率低。然而，很少有方法用于固體中全氟辛烷磺酸的降解，因此，迫切需要開發(fā)完整的、環(huán)境友好、低成本的處理技術(shù)來同時(shí)處理液體和固體中的全氟辛烷磺酸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一是提供一種零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，具備綠色、高效、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，包括如下步驟：

3、s1、將生物基材料清洗烘干后粉碎、過篩，得到生物基細(xì)粉；

4、s2、將氯化鐵與生物基細(xì)粉、水按照1:(1-10):(30-50)的質(zhì)量比混合攪拌，再經(jīng)過烘干、研磨和過篩，在保護(hù)氣體中、500-900℃高溫下碳化處理，過篩制得零價(jià)鐵負(fù)載生物炭；

5、s3、將零價(jià)鐵負(fù)載生物炭加入到含全氟辛烷磺酸的待處理污水中，攪拌使零價(jià)鐵負(fù)載生物炭吸附全氟辛烷磺酸，得到吸附后的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭；

6、s4、將吸附后的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭加入到球磨罐中，連同球磨介質(zhì)一起進(jìn)行球磨，球磨的轉(zhuǎn)速為200～600rpm、時(shí)間為180-480min，全氟辛烷磺酸被降解。

7、作為零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法進(jìn)一步的改進(jìn)：

8、優(yōu)選的，所述生物基材料為玉米秸稈、竹子、稻草、甘蔗渣、木材中的一種。

9、優(yōu)選的，步驟s2中所述烘干溫度為95-105℃，烘干時(shí)間為48-72h。

10、優(yōu)選的，步驟s1和s2中過篩為90-100目篩。

11、優(yōu)選的，步驟s2中高溫碳化的時(shí)間為60-120min，升溫速率為5-10℃/min。

12、優(yōu)選的，步驟s2中所述的保護(hù)氣體為氮?dú)夂投栊詺怏w中的一種。

13、優(yōu)選的，步驟s3中含全氟辛烷磺酸的待處理污水中全氟辛烷磺酸的濃度為30μmol/l-150μmol/l，零價(jià)鐵負(fù)載生物炭在待處理污水中的投加量為0.2g/l-20g/l。

14、優(yōu)選的，步驟s3中零價(jià)鐵負(fù)載生物炭與含全氟辛烷磺酸的待處理污水混合的溫度為20℃-38.5℃，在不高于180rpm轉(zhuǎn)速下攪拌60min以上。

15、優(yōu)選的，步驟s4中球磨罐和球磨介質(zhì)的材質(zhì)為瑪瑙，球磨介質(zhì)為直徑4-10mm的小球。

16、優(yōu)選的，步驟s4中吸附后的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭材料與球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為1:(50-100)。

17、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

18、1)零價(jià)鐵(zvi)及衍生材料因具有比表面積大、粒徑小、活性位點(diǎn)豐富、反應(yīng)活性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)有機(jī)物具有較好的吸附作用。此外，零價(jià)鐵具有優(yōu)異的還原和促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移能力，為其吸附降解pfos提供了可能性。然而，零價(jià)鐵穩(wěn)定性差，表面極易被氧化，進(jìn)而形成鈍化層降低反應(yīng)活性。同時(shí)，零價(jià)鐵顆粒容易團(tuán)聚，使其表面的活性點(diǎn)位減少，與污染物的有效接觸面積減少，活性降低。

19、生物炭由于制備材料來源廣泛，制備方法簡(jiǎn)單高效，成本較低，吸附性能優(yōu)異被廣泛應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的吸附材料。同時(shí)，生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)，其作為載體可以分散zvi，改善團(tuán)聚和鈍化現(xiàn)象，增加反應(yīng)活性位點(diǎn)，從而增加zvi的反應(yīng)性和穩(wěn)定性。此外，生物炭可與zvi形成鐵碳微電解體系，加快電子轉(zhuǎn)移速率。在煅燒生物炭的過程中，利用缺氧條件下產(chǎn)生的還原性氣體以及炭材料生物炭的還原性，將fe3+還原成零價(jià)鐵，為合成負(fù)載有零價(jià)鐵的生物炭材料用于吸附和降解pfos提供了可能性。優(yōu)選的，生物炭的制作以生物基材料為原料，采用氯化鐵改性生物基生物炭，將零價(jià)鐵負(fù)載生物炭材料，在有效提升有機(jī)污染水體治理效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了生物基的高效率、低成本資源化利用。

20、本發(fā)明利用零價(jià)鐵負(fù)載生物炭可作為吸附劑，對(duì)水中全氟辛烷磺酸具有較高的去除效率。先吸附pfos，再機(jī)械化學(xué)降解pfos。機(jī)械化學(xué)(mc)方法通過球、材料和研磨鍋之間的各種機(jī)械應(yīng)力(如碰撞、壓縮、剪切和摩擦)的作用來降解球磨罐中的有機(jī)污染物。此外，研磨介質(zhì)(例如al2o3和金屬等)的使用，可以提高mc降解有機(jī)污染物的效率，這為利用負(fù)載有零價(jià)鐵的生物炭吸附后同步促進(jìn)球磨降解pfos提供了可能。零價(jià)鐵與生物炭在實(shí)際地下水和地表水應(yīng)用中存在厭氧和有氧老化的情況，本發(fā)明制備的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭模擬老化后仍能有較好的去除全氟辛烷磺酸效果。

21、本發(fā)明的原材料來源廣泛，制備方法簡(jiǎn)單易行，為水中有機(jī)物的降解去除提供了新的思路和方法，構(gòu)建了吸附分離和降解體系，實(shí)現(xiàn)了快速去除水體中的全氟辛烷磺酸，具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，所述生物基材料為玉米秸稈、竹子、稻草、甘蔗渣、木材中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s2中所述烘干溫度為95-105℃，烘干時(shí)間為48-72h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s1和s2中過篩為90-100目篩。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s2中高溫碳化的時(shí)間為60-120min，升溫速率為5-10℃/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s2中所述的保護(hù)氣體為氮?dú)夂投栊詺怏w中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s3中含全氟辛烷磺酸的待處理污水中全氟辛烷磺酸的濃度為30μmol/l-150μmol/l，零價(jià)鐵負(fù)載生物炭在待處理污水中的投加量為0.2g/l-20g/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s3中零價(jià)鐵負(fù)載生物炭與含全氟辛烷磺酸的待處理污水混合的溫度為20℃-38.5℃，在不高于180rpm轉(zhuǎn)速下攪拌60min以上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s4中球磨罐和球磨介質(zhì)的材質(zhì)為瑪瑙，球磨介質(zhì)為直徑4-10mm的小球。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法，其特征在于，步驟s4中吸附后的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭材料與球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為1:(50-100)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種零價(jià)鐵負(fù)載生物炭高效降解全氟辛烷磺酸的方法。具體包括如下步驟：本發(fā)明將生物基細(xì)粉與氯化鐵、水混合，在保護(hù)氣體中高溫碳化處理，制得零價(jià)鐵負(fù)載生物炭，再利用零價(jià)鐵負(fù)載生物炭作為吸附劑，將水中的全氟辛烷磺酸吸附去除，吸附后的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭加入到球磨罐中，連同球磨介質(zhì)一起進(jìn)行球磨，全氟辛烷磺酸被降解。本發(fā)明的零價(jià)鐵負(fù)載生物炭材料不僅能夠高效吸附水體中典型有機(jī)污染物，反應(yīng)條件溫和、簡(jiǎn)單易行，為廢水和使用后的生物炭處理提供了新的思路和方法，具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：安姝蒙,文言,楊珉,劉強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9