[发明专利]一种复合碳基纳米零价铁微电解材料的制备及处理含锑废水的方法

说明书

本发明提供了一种复合碳基纳米零价铁微电解材料的制备方法和处理含锑废水的方法。本发明所提供的复合碳基纳米零价铁微电解材料，是以碳元素为载体，负载纳米零价铁，掺杂铜元素做为助剂的微电解材料，金属元素被碳元素包裹。该材料兼具微电解材料较高的氧化还原电位差、介孔材料的超大比表面积、卓越的氧化还原活性以及纳米材料的优良性能。此外，本发明所提供的复合碳基纳米零价铁微电解材料制备成本低廉、处理含锑废水效率高，操作方法简单，非常适合用于吸附去除环境水样中的污染物。

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种新型微电解材料的制备方法及其应用，尤其涉及一种复合碳基纳米零价铁微电解材料的制备及处理含锑废水的应用。

背景技术

锑是一种对人体具有积累毒性和致癌性污染物，通常以Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的形式存在于环境、生物和地球化学样品中。我国是传统的锑生产国，也是世界上锑矿资源最为丰富的国家，总保有储量为2.78×10⁶t，占世界锑总储量的66.2％。锑工业采矿、选矿、冶炼等过程排出的含锑废水是锑污染物的主要来源。随着国家对环境保护日益重视，对工业废水的排放和治理要求越来越高。《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)和《生活饮用水卫生规范》中将锑的限值定为5μg/L，相应锑矿业比较发达的地区也逐步出台标准，将工业废水中锑污染物的排放标准限定为0.5mg/L。这对含锑废水的处理提出了更高的要求。

针对锑在水中存在的形态，研究者探索了诸多的处理方法，包括：吸附法、沉淀法、中和法、氧化还原法和离子交换法等。其中，吸附法可将水中的有害物质去除不增加水中的盐度，但是，吸附剂对目标污染物有一定的选择性，锑在水中的存在形态比较复杂，一种吸附剂不能完全去除水中各种形态的锑，需要多段吸附配合才能达到处理要求；沉淀法和中和法工艺较为简单，但是需要投加大量中和剂，处理过程中产生大量含锑污泥，增加后续处理成本；氧化还原法可以将形态复杂的锑转化成单一形态去除，但是，需要外加大量氧化剂或还原剂，处理成本高，不适用于工业化；离子交换法利用XAD-8型离子交换树脂对无机形态的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)均有很好的吸附作用，但是，对反应条件要求苛刻，并且，单位体积交换树脂对含锑废水处理量有限，不能满足工业化应用。

因此，开发一种廉价，并且对多种形态的锑具有广泛适用性的材料将有非常重要的意义。所得复合材料将兼具大的表面、多孔的结构和元素分布等优势，又可以克服铁元素流失量大的缺点，具有有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于去除水中锑的复合碳基纳米零价铁微电解材料及方法。

本发明的另一个目的在于，提供所述复合碳基纳米零价铁微电解材料的制备方法。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的。

一种复合碳基纳米零价铁微电解材料，其包括主要作为微电解材料阳极的纳米零价铁和作为阴极的碳基载体，并且掺杂助剂金属铜元素。

进一步地，其特征在于，其中所述的纳米零价铁来源于碳元素对铁矿石的还原，铁矿石选自赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等，优选为赤铁矿；其中所述的碳基载体选自无烟煤、烟煤、焦煤等，优选为无烟煤；其中所述助剂金属铜元素来源于碳元素对铜盐的还原，铜盐选自碱式碳酸铜和硫酸铜。

一种制备上述复合碳基纳米零价铁微电解材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将原煤粉碎至400目以下；

(2)将步骤(1)所制备的活化煤粉与粒径400目以下的铁矿石粉、铜盐和粘合剂混合均匀，在球磨机中混合研磨；

(3)将步骤(2)所制备的混合材料加水制备成泥料，压成2cm左右的颗粒；

(4)将步骤(3)所制备的颗粒烘干；

(5)将步骤(4)烘干的颗粒置于气氛炉中，氮气保护下焙烧，即得复合碳基纳米零价铁微电解材料。