[发明专利]以铁氧化物为原料制备纳米铁的方法及纳米铁的应用

说明书

技术领域

本发明涉及铁氧化物制备纳米铁的方法及纳米铁的应用，更具体地说，特别涉及一种净化处理地下水中砷、六价铬或硝酸盐的方法。

背景技术

地下水是重要的饮用水资源，在工农业迅速发展，人口不断膨胀，地表水水源受到普遍污染的今天，人们对地下水的依存度将继续增加。但是，在一些干旱地区，由于地表降雨入渗量小，浅层地下水排泄不畅，导致浅层地下水出现砷、六价铬及硝态氮某一项指标或若干个指标超过饮用水标准，出现严重的水质问题，对人体健康产生潜在的危害。

目前，对于地下水中的砷、六价铬和硝态氮的净化方法包括物理方法、化学方法和生物方法。电渗析、反渗透、离子交换法等方法可以有效地去除砷、六价铬、硝态氮，但所需的运行维护费用过高，维护技术难度大，设备运行部件易腐蚀损坏，设备使用寿命短，很难得到广泛使用。

生物法虽然能够部分地去除地下水中的砷、六价铬和硝态氮，但是生物法需要向水中添加碳源和接种微生物，导致水中有机物、微生物残留影响饮用水水质，也存在有碳源成本过高等问题。

以铁还原法为代表的活泼金属还原法由于还原剂价格低廉、反应速度快而受到一些研究者的关注。金属铁对砷、六价铬及硝态氮都有一定的去除效果。但在以普通铁粉作还原剂脱除饮用水中硝酸盐氮时，约75％的硝酸盐氮转化为氨氮，有部分亚硝酸盐产生，因而普通铁粉还原脱硝酸盐受到限制。新的研究发现，纳米铁粉可以将硝酸盐氮还原为氮气，反应后的水中几乎没有其他中间产物。在室温条件下反应迅速，脱硝完全，且无需调节pH值。但是，针对地下水处理，已有的纳米铁的制备方法无法满足廉价的要求。

纳米铁指粒径为1～100nm的超细铁粉，因其介于宏观的常规细粉和微观的原子团簇之间的过渡区域，故呈现出一些独特的性质。纳米铁粒径小、活性强，易聚结、易氧化，在制备和使用时都必须隔绝O₂，目前国内外制备纳米铁粒子的方法包括物理气相沉积法、高能球磨法、化学还原法、热解羰基铁法、电化学法。

公开号为CN101138793的中国发明专利申请说明书中提出了羰基铁蒸汽制备纳米铁粉的工艺，是将纯度为99.9％的氮气在预热器中进行预热，被预热的氮气与羰基铁蒸汽在分解器顶部相遇，分解反应得到纳米铁粉；公开号为CN101157136的中国发明专利申请说明书中提出了一种水净化专用纳米铁粉，是在-5℃～-15℃的情况下，利用高频切割，次数设定在每分钟3500次-4000次，生产饮用水凝聚专用纳米铁粉，目的是用它有效清除水中的微生物、重金属等有害物质；公开号为CN101229588的中国发明专利申请说明书中提出了一种大气除硫专用铁粉制备工艺，是在20℃～35℃的情况下，利用高频切割，高频切割次数设定在每分钟5000次-6000次，以生产纳米铁粉，在包覆前对铁粉颗粒进行460℃中温气体渗透，使其铁粉颗粒的表面形成微孔蜂窝状，而后再对铁粉颗粒防氧化包覆；公开号为CN1751829的中国发明专利申请中提出了纳米铁粉的化学制备方法，是将铁盐溶于乙醇、水或乙醇和水的混合溶液中，使铁离子的摩尔浓度为0.02-1.0mol/L，加入摩尔数为铁离子15-50倍的NaOH和含肼量为铁离子摩尔数8-30倍的质量浓度为40-80％的水合肼溶液，搅拌均匀后，在80-120℃加热回流至母液无色透明，即可得到纳米铁粉；公开号为CN1876294的中国发明专利申请中提出了一种改进液相还原法制备纳米零价铁粒子的方法，是在可溶性铁盐水溶液中，以聚乙烯吡咯烷酮为保护剂盒粒径控制剂，以NaBH₄或KBH₄水溶液为还原剂，制备出纳米铁。

但是，以上无论哪种制备工艺中都会涉及到有毒有害的物质，不仅如此，其复杂的工艺、昂贵的原料，同样限制了纳米铁在水处理中的广泛应用。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种成本低廉，可广泛用于地下水处理的以铁氧化物为原料制备纳米铁的方法。

本发明同时提供该纳米铁在对含有砷、六价铬或硝态氮污染物的地下水的处理中的应用方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明以铁氧化物为原料制备纳米铁的方法的其特征是在450-850℃的温度环境下，以氢气还原铁氧化物制得纳米金属铁。

本发明以铁氧化物为原料制备纳米铁的方法的特点也在于：

所述铁氧化物是以针铁矿矿石、鲕状赤铁矿矿石或硫酸烧渣为原料；所述原料中铁的质量百分比大于50％。

制备方法按如下步骤操作：