[发明专利]一种浮石负载纳米零价铁吸附材料及其制备方法与应用

说明书

本申请得到教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0954)和国家科技支撑计划项目课题(2012BAC07B02)的资助。

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及污染水体治理的技术方法，特别涉及一种利用浮石负载纳米零价铁后得到有很强吸附去污性能的吸附材料及其吸附材料的制备方法与应用，该吸附材料可用于污水中重金属和其他污染物的处理。

背景技术

虽然我国水资源总量很大，但是水资源只相当于世界人均占有量的1/4，我国属于世界上13个主要贫水国之一。近年来，随着社会经济的快速发展，我国水体环境受到严重污染。虽然国家在全国水体环境治理上投入大量的人力、物力和财力，但迄今水质尚未明显好转，所以水体环境的净化修复仍是关系国家经济快速发展和改善民生的关键问题，仍需大量的技术和经济投入以提高水质条件和改善水环境功能。

近年来，由于纳米零价铁（NZVI）特殊的物化性能，比如：粒径小、比表面积大、表面能大和较高的化学活性，纳米零价铁（NZVI）在环境污染的治理方面得到了广泛地研究和应用。NZVI能够处理多种污染物，其对于杀虫剂、卤化烷烃、卤化芳香烃、多氯联苯(PCBs)及高氯酸盐等多种污染物均具有还原转化作用，特别是对水相中的重金属离子、铬酸盐、砷酸盐等具有很好地净化去除作用。然而，由于纳米零价铁粉体极易团聚，造成其反应活性降低；另一方面，纳米零价铁粉体的空气稳定性差，其在空气中易氧化甚至自燃，从而为纳米零价铁粉体的使用和运输带来了诸多不便。尽管有报道可以将纳米零价铁制备成具有一定分散性能和抗氧化能力的改性纳米级铁粉，但是，在实际应用时极不方便，造成很大的财力和物力的浪费，因此很难大规模地使用。

浮石又称轻石或浮岩，是一种多孔的玻璃质酸性火山喷出岩，具有质量轻、强度高、耐酸碱、耐腐蚀，且无污染、无放射性等特点，特别对金属离子有很强的吸附性能。因此，以浮石、三氯化铁和硼氢化钠为原料研制的成本低、广泛易得的环保吸附材料具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的一个目的在于克服当前纳米铁在实际应用时的缺点，提供一种经济可行、环保高效、方便适用的浮石负载纳米零价铁的方法。

本发明制备的浮石负载的纳米零价铁用于污染水体的治理时，不仅可以克服纳米零价铁粉体易团聚、易氧化和无法工程化应用等缺点，还可以利用浮石吸附性能和纳米零价铁的基本除污性能的协同作用，增强其对水环境中污染物的处理能力。本发明的浮石负载的纳米零价铁可在污染水体治理的实际工程中大规模地应用。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种浮石负载纳米零价铁吸附材料，其特征在于它是由下述原料组成：

0.948-6.72g            0.1-2mm浮石颗粒；

1.3515-10.812g         三氯化铁的100mL醇水混合溶液；

0.3795-3.759g          硼氢化钠 的100mL去离子水溶液；

        醇水混合溶液指的是：体积比为2:1-12:1的无水乙醇和去离子水。

本发明进一步公会开了浮石负载纳米零价铁吸附材料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）浮石的预处理：选取粒径为的浮石，用自来水冲洗干净，放入烘干箱：60-90℃，1-4h，干燥后保存备用；

（2）反应前驱体溶液的配制：

（A）三氯化铁醇水溶液：用无水乙醇和去离子水配置出体积比为2:1-12:1的醇水混合溶液；然后称取1.3515-10.812g三氯化铁，在不断搅拌条件下，将三氯化铁完全溶解于100mL上述醇水混合溶液备用；

（B）硼氢化钠溶液：称取0.3795-3.759g硼氢化钠，在搅拌条件下，完全溶解在去离子水中，定容至100mL备用；

（3）浮石负载纳米零价铁的制备：在15-35℃条件下，称取0.948-6.72g干燥后的浮石颗粒，加入到反应前驱溶液（A）中，在持续通入高纯N₂的条件下，搅拌1-3h使浮石与溶液混合均匀；将配成的硼氢化钠溶液（B）用蠕动泵以1滴/秒的速度缓慢滴加至三口烧瓶中，每滴加10min用超声波清洗机震荡1-10min，频率为40KHz，全部滴加完成后用磁力搅拌器搅拌1-5h；

（4）向去离子水中通入高纯N₂，进行脱氧处理，最后，用脱氧去离子水清洗3-5次，然后在30-75℃条件下，真空干燥24h，即得到浮石负载纳米零价铁吸附材料。