本發(fā)明涉及材料技術，尤其涉及一種廢棄煙蒂為碳源原位負載納米零價鐵生產工藝。

背景技術：

目前，制備負載型Fe/C多為碳熱法和液相還原法。其中碳熱法利用無機碳作為還原劑在高溫下所進行的氧化還原反應。一方面，其多以現有碳材料和Fe³⁺溶液為原料，首先使碳材料沉浸在Fe³⁺溶液中，然后將吸附著Fe³⁺的碳材料經在氮氣保護下高溫經C還原，得負載型Fe/C。一般的碳熱還原法所得到的負載型Fe/C，因沉浸法其碳原料吸附的Fe³⁺離子數量有限且負載率可控性較差，且受外界條件影響較大導致Fe的負載率不穩(wěn)定，制備出的材料性能受限。另一方面，碳源材料大多需要經生產加工后使用，使成本提高。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于，針對常規(guī)方法制備Fe/C負載型材料過程繁瑣，價格較貴，且負載率率不易控制，Fe、C分散不均勻的問題，區(qū)別以往以吸附為主要控制因素的Fe、C結合方法，使前驅Fe³⁺可以完全定量溶解在碳源溶液中，使Fe³⁺和碳源溶液原位形成新的均勻穩(wěn)定的化合物溶液，負載率穩(wěn)定可控，從而整體提高材料性能。提出一種廢棄煙蒂為碳源原位負載納米零價鐵生產工藝，該生產工藝原料采用煙蒂，工藝步驟簡單易行，負載率可控。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種廢棄煙蒂為碳源原位負載納米零價鐵生產工藝，包括以下步驟：

(1)、首先取煙蒂與丙酮混合形成溶液；然后向溶液中加入FeCl₃·6H₂O、無水FeCl₃和Fe(NO₃)₃·9H₂O乙醇溶液中的一種或多種，攪拌使Fe³⁺溶解在溶液中，所述煙蒂與Fe³⁺的質量比100:0.8—100:8，在35-45℃水浴均勻攪拌待丙酮完全揮發(fā)后形成固體材料，該固體材料呈黃色；

(2)、將固體材料放入管式爐中，通入N₂保護，升溫至100～300℃，保持10～30分鐘，將產物取出并使用球磨機研磨8-10h至粉末粒度為15-40μm，得到碳鐵復合物；

(3)、將碳鐵復合物置于管式爐中，隔絕空氣通入N₂，升溫至700～900℃，保持300～500分鐘，N₂保護下冷卻至室溫，得到負載型Fe/C。

進一步地，步驟(1)，所述煙蒂與丙酮的投料比為1：12—1：24kg/L，優(yōu)選為1：15—1：20kg/L。

進一步地，所述煙蒂富含醋酸纖維。

進一步地，步驟(2)升溫至200～300℃，保持20～30分鐘。

進一步地，步驟(2)升溫速度為5-20℃/min，更優(yōu)選的升溫速度為10℃/min。

進一步地，步驟(3)升溫至700～800℃，保持400～500分鐘。

進一步地，步驟(3)升溫速度為5-20℃/min，更優(yōu)選的升溫速度為10℃/min。

本發(fā)明針對常規(guī)方法制備Fe/C負載型材料過程繁瑣，價格較貴，且負載率不易控制，Fe、C分散不均勻等問題，結合我國廢棄煙蒂量較大的現狀，確立了一種適用于廢棄煙蒂為原料制備原位負載型Fe/C的新工藝。本發(fā)明先將廢棄煙蒂與含有機溶劑充分溶解，在與Fe³⁺混合，然后在一定的升溫制度下，將混合物加熱—研磨—碳化—冷卻。本發(fā)明制備過程中材料碳化、零價鐵的生成及負載同時完成。具體地，本發(fā)明采用煙蒂為原料，并使其均勻溶解在丙酮溶液后與Fe³⁺混合，在高溫隔絕空氣的條件下利用煙蒂中的碳源，負載并還原Fe³⁺為Fe⁰，最終得到Fe/C材料。本發(fā)明廢棄煙蒂為碳源原位負載納米零價鐵生產工藝與現有技術相比較具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用的廢棄生物質為煙蒂，煙蒂主要成分為醋酸纖維，其可完全溶解在丙酮中，與Fe³⁺在完全混合形成均質溶液。高溫隔絕空氣條件下，材料碳化且可同時將Fe³⁺原位還原成Fe⁰，同時解決了Fe⁰的制備和負載問題，且負載率可控。并且實驗采用的碳材料為廢棄煙蒂，其本身含有的大量醋酸纖維，是良好的碳纖維材料。

2、本發(fā)明在制備負載型Fe/C的過程中，一方面利用其含碳量高，采用其作為原料，另一方面解決大量廢棄煙蒂所帶來的環(huán)境污染問題。

3、本發(fā)明廢棄煙蒂為碳源原位負載納米零價鐵生產工藝簡單、易行，易于規(guī)?；瓦B續(xù)化。

4、本發(fā)明制備得到的載型Fe/C有較高活性，Fe均勻定量原位分散于碳材料上，具有良好的性能。本發(fā)明制備得到的載型Fe/C能應用于水溶液中三氯乙烯的去除。

附圖說明

圖1為實施例1制備得到的負載型Fe/C的X射線衍射圖；

圖2為實施例1制備得到的負載型Fe/C的掃描電鏡圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發(fā)明進一步說明：

實施例1

本實施例公開了一種以煙蒂為碳源制備負載型Fe/C的方法，包括以下步驟：

取質量比為100：12的煙蒂和FeCl₃·6H₂O，溶解于丙酮溶液中，攪拌均勻，待丙酮揮發(fā)后，將固態(tài)產品置于管式爐中通入氮氣，以10℃/min升溫至200℃，保持20分鐘后溫度降至室溫，將產物取出經球磨機10h研磨至黑色粉末。再將上述所得黑色粉末產物放入管式爐中，隔絕空氣通入N₂條件下，10℃/min升溫至900℃保持500分鐘，氮氣保護下冷卻至室溫，即為負載型Fe/C。

如圖1本制備得到的負載型Fe/C的X射線衍射圖所示，2θ為45、65、82°對應Fe⁰的特征峰值。如圖2所示為碳表面原位負載上Fe⁰。

由此技術方案所得到的負載型Fe/C對于環(huán)境中的污染物有很好的處理效果，在進行實驗室模擬處理含三氯乙烯的廢水，0.02g/ml負載率型Fe/C對于初始濃度為1100ppm三氯乙烯溶液，2d后三氯乙烯減少率可達95％以上。

實施例2

本實施例公開了一種以煙蒂為碳源制備負載型Fe/C的方法，包括以下步驟：

(1)、首先使煙蒂溶解于丙酮中形成溶液，其中煙蒂與丙酮的投料比為1：24kg/L；然后向溶液中加入六水合氯化鐵，攪拌使Fe³⁺溶解在纖維溶液中，所述煙蒂與六水合氯化鐵的質量比為100:15；在40℃水浴均勻攪拌待丙酮完全揮發(fā)后形成固體材料；

(2)、將固體材料放入管式爐中，通入N₂保護，升溫至300℃，保持20分鐘，將產物取出并使用球磨機研磨8h至粉末，得到碳鐵復合物；

(3)、將碳鐵復合物置于管式爐中，隔絕空氣通入N₂，升溫至800℃，保持500分鐘，N₂保護下冷卻至室溫，得到負載型Fe/C。

由此技術方案所得到的負載型Fe/C對于環(huán)境中的污染物有很好的處理效果，在進行實驗室模擬處理含三氯乙烯的廢水，0.02g/ml負載率型Fe/C對于初始濃度為1100ppm三氯乙烯溶液，2d后三氯乙烯減少率可達96％以上。

實施例3

本實施例公開了一種以煙蒂為碳源制備負載型Fe/C的方法，包括以下步驟：

(1)、首先使煙蒂溶解于丙酮中形成溶液，其中煙蒂與丙酮的投料比為1：12kg/L；然后向溶液中加入六水合氯化鐵，攪拌使Fe³⁺溶解在纖維溶液中，所述煙蒂與六水合氯化鐵的質量比為100:20；待丙酮完全揮發(fā)后形成固體材料；

(2)、將固體材料放入管式爐中，通入N₂保護，升溫至150℃，保持15分鐘，將產物取出并使用球磨機研磨10h至粉末，得到碳鐵復合物；

(3)、將碳鐵復合物置于管式爐中，隔絕空氣通入N₂，升溫至900℃，保持300分鐘，N₂保護下冷卻至室溫，得到負載型Fe/C。

由此技術方案所得到的負載型Fe/C對于環(huán)境中的污染物有很好的處理效果，在進行實驗室模擬處理含三氯乙烯的廢水，0.02g/ml負載率型Fe/C對于初始濃度為1100ppm三氯乙烯溶液，2d后三氯乙烯減少率可達95.5％以上。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。