[发明专利]一种利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用。本发明采用液相还原法制备纳米零价铁：先过滤去除酸性矿山废水中的悬浮颗粒物，然后加入乙醇混合均匀形成混合液，再加入过量NaBH₄溶液，在氮气保护下，搅拌反应至铁完全还原为零价铁，然后固液分离，将回收的黑色固体洗涤、干燥后制备得到纳米零价铁；得到的纳米零价铁颗粒大小在70～100nm之间，能高效去除水体中的Cr(Ⅵ)，此纳米零价铁催化活性高，成本低廉，重复性能好。本发明基于以废治废的污染治理理念，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于环境工程中废水利用与处理领域，具体涉及一种利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用。

背景技术

纳米零价铁(nanoscale Zero-valent iron，nZVI)化学性质活泼，电极电位E⁰(Fe²⁺/Fe)为-0.44V，具有较强的还原能力。同时其呈纳米级的颗粒状，具有较大的比表面积，并具有环境安全性，被认为是最有潜力的环境治理材料之一。近年来，纳米零价铁的修复技术在环境领域的水体重金属和有机物污染修复方面显示出独特的优势而备受关注。大量研究表明，纳米零价铁能通过其强还原性有效地去除水体中的重金属，已经被广泛地应用在受污染重金属如Cr、Cd、Ni、Zn、Pb等污染的水土介质环境修复。目前纳米零价铁的制备都是以商品化的二价或三价铁盐为铁源溶液，以过量的NaBH₄溶液为还原剂，采用液相还原法制备而成。然而，目前制备纳米零价铁的工艺采用的是商品化的铁盐，存在着较高的生产成本，是造成目前纳米零价铁价格高昂的一个重要原因。作为一种应用性较为广泛的环境修复材料，在进行大规模的环境污染修复时，对纳米零价铁的需求量是巨大的，但是昂贵的价格是目前纳米零价铁在大规模应用时所遇到的技术瓶颈。因此，需要迫切研发一种低廉的纳米零价铁制备工艺。

近几十年来，随着工业的发展，人类对矿产资源的需要量也越来越大，过度的矿产资源的开发引起了一系列的环境问题，尤其最为严重的现象就是在矿山开采过程所形的酸性矿山废水。酸性矿山废水是一种pH值一般在2-4之间，且富含高浓度的铁离子，同时也有一些重金属离子如铜、锌、镍、铅、锰等的一种矿山工业废水。其来源主要包括矿山开采及选矿所排放的大量废水和大量废矿石因氧化而产生的废水。据统计，每开采1t矿石，所排放出来的废水量就约为1m³。由于矿山的大量开采，一些矿山开发区每天排放数千至数万立方米的废水。然而，这些酸性矿山废水往往会对环境土壤、自然水体造成严重的污染，严重影响正常的农业生产和威胁着人类的身体建康。因此，如何治理酸性矿山废水也成为了国内外政府部门及科研工作者最为关注的议题之一。

鉴于酸性矿山废水酸度大、水量大，造成的严重环境危害，必须对其进行有效的环境治理。而纳米零价铁的应用却遇到了其制备成本高的技术瓶颈，迫切研发一种低廉的纳米零价铁制备工艺。恰好酸性矿山废水中含有大量的可溶性铁离子，有再利用的可能性。然而，到目前为止，利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁的专利技术还未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低廉的利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用。

本发明的利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

过滤去除酸性矿山废水中的悬浮颗粒物，然后加入乙醇混合均匀形成混合液，再加入过量NaBH₄溶液，在氮气保护下，搅拌反应至铁完全还原为零价铁，然后固液分离，将回收的黑色固体洗涤、干燥后制备得到纳米零价铁。需将纳米零价铁保存在充满氮气的棕色瓶，以免被氧化。