[发明专利]一种FeS/Fe0复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化学材料领域，具体涉及一种FeS/Fe⁰复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

工业和农业的快速发展导致了严重的水环境污染问题，可利用水资源的逐步减少严重影响到人们的生活和生产用水，制约国家经济和社会的可持续发展。环境水污染中的重金属和难降解有机污染物更是水污染治理的难点和重点。因此，探索高效廉价的环保材料(既可以去除废水中的重金属离子，同时也可以去除难降解有机物)是环境污染治理技术领域的重要课题。零价铁是一种铁源还原剂，纳米零价铁具有较高的反应活性，可去除多种重金属离子，也可以作为铁源活化氧化剂降解有机污染物。纳米零价铁的应用具有操作简便、易于控制、无二次污染等优点，具有广阔的应用前景。但是，纳米零价铁容易聚集成团，易于被空气或水氧化，使其表面形成一层氧化膜导致钝化，降低了反应活性。为了提高纳米零价铁的活性和团聚现象，需要对纳米零价铁进行一定的改性，比如通过引入钯、镍、铜合成双金属纳米零价铁，将纳米零价铁负载在膨润土等载体上合成负载型纳米零价铁。此外，合成纳米零价铁和其他化合物的复合材料，例如合成纳米零价铁和纳米四氧化三铁的复合材料，也是最近几年不断探索的一种新型改性方法。

纳米FeS颗粒微小，活性位点高，用FeS处理含重金属的废水，Fe²⁺具有还原性，本身被氧化为Fe³⁺；硫离子又能与许多重金属离子生成沉淀，在Fe³⁺的混凝作用下快速沉降，从水中去除。另外FeS与Fe⁰之间存在的氧化还原电位差可以促进Fe⁰的电子向外转移。韩国学者Eun-Ju Kim合成了一种硫掺杂的纳米零价铁，具体方法是将一定保险粉(即连二亚硫酸钠)溶解在硼氢化钠溶液中，然后将保险粉和硼氢化钠混合溶液逐滴加入FeCl₃的溶液中，从而制备出硫掺杂的纳米零价铁。然而，这种方法在合成过程中会产生大量的硫化氢气体，造成大气污染。国内关于FeS包裹纳米零价铁的技术专利仅有(复合型纳米零价铁颗粒.中国发明专利，CN201510176103.8)，该专利报道了一种FeS包裹纳米Fe⁰的制备方法，具体方法是在铁盐溶液中，加入单质硫和硫的促溶剂乙醇，然后滴加还原剂硼氢化钠，将铁离子还 原成零价铁的同时将单质硫还原成了S^2-，使得S^2-与铁表面的氧化物结合成FeS，重复这些过程从而制备出多层结构的复合纳米零价铁颗粒。该专利中采用置换法合成多层结构的颗粒，操作较为复杂，制备时间长且合成过程中易造成原料的浪费和恶臭气体的产生。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种FeS/Fe⁰复合材料，该FeS/Fe⁰复合材料具有比纳米零价铁更高的反应活性。

本发明的另一个目的在于提供FeS/Fe⁰复合材料的制备方法。

本发明的又一个目的在于提供FeS/Fe⁰复合材料在环境污染治理中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种FeS/Fe⁰复合材料，由纳米FeS和纳米Fe⁰复合而成，所述纳米FeS包覆在纳米Fe⁰表面，所述纳米Fe⁰和纳米FeS的摩尔比为2:1～15:1。

更为优选地，所述纳米Fe⁰和纳米FeS的摩尔比为9:1。

上述FeS/Fe⁰复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铁盐和强还原剂分别溶于无氧水得到铁盐溶液和强还原剂溶液，在N₂环境保护下，将强还原剂溶液逐滴加入到铁盐溶液，机械搅拌，生成黑色的纳米零价铁颗粒；

(2)磁分离溶液中的纳米零价铁颗粒，用无氧水和无水乙醇分别洗涤后；再倒入一定量的无氧水，使纳米零价铁均匀的分散在无氧水中得到纳米零价铁悬浊液；

(3)将亚铁盐溶解于无氧水中，然后倒入纳米零价铁悬浊液，混合均匀，在N₂环境下持续搅拌，得到含Fe²⁺的纳米零价铁悬浊液；