[发明专利]一种高还原活性的零价铁-矿物复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高还原活性的零价铁‑矿物复合材料，其由单质铁与无机非金属矿物按质量比4～10：10置于行星球磨罐中球磨得到；具体球磨工艺条件为：球料比为30～45，球磨时间为7～8h，球磨转速为500～600rpm。本发明选用无机非金属矿物材料与单质铁配伍，并采用特定的球磨工艺，使无机非金属矿物在零价铁表面形成致密的非晶结构的鲕状保护层，一方面提高了零价铁的持续还原能力，另外，经过球磨活化后的无机非金属矿物反应活性更强，并且暴露出复合材料中的零价铁。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高还原活性的零价铁-矿物复合材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对生活环境与生态文明要求的提高，水污染越来越受到人们的关注，水污染主要来源于生活污水、工业废水和初期雨水，实际废水中组成成分复杂，含有的大量有机、无机污染物，更对生态、人类的健康造成巨大的威胁。

还原沉淀法是水污染治理过程中的一种主要的化学方法，在添加还原剂的基础上降解或者减少氧化性污染物，并以沉淀的形式去除，零价铁(ZVI)便是一种典型的还原剂。它是指一定粒径的铁单质颗粒，其具有高还原势和反应速度快的特点，在水体污染物的脱除和土壤的修复方面有广阔的应用前景，近几年已成为地下水原位修复中最有效的方法之一。但是高活性零价铁表面极易钝化，而且微细粒级零价铁本身极易发生团聚，这些零价铁本身的性质缺陷影响了其反应活性从而限制了零价铁的进一步运用。科研工作者们对零价铁的制备和改性方面做了大量的研究，改进制备工艺，使用不同类型无机非金属材料来负载零价铁，如石墨烯、膨润土、壳聚糖及其他粘土等，工艺基本都以真空环境下液相沉淀法制备为主，虽然可以得到粒径较小的产品，但使用硼氢化钠等还原剂以及惰性保护气体等，成本过高成为一个障碍，另外，制备工艺还会排除大量废水需要进一步处理。因此，开发一种便捷、高效的零价铁(ZVI)制备方法成为了Fe环境功能材料领域的当务之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高还原活性的零价铁-矿物复合材料及其制备方法，选用无机非金属矿物材料与单质铁配伍，并采用特定的球磨工艺，使无机非金属矿物在零价铁表面形成致密的非晶结构的鲕状保护层，水处理过程中无机非金属矿物重结晶，暴露出复合材料中的零价铁，从而使零价铁-矿物复合材料能够持续保持零价铁的高反应活性。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种高还原活性的零价铁-矿物复合材料，其由单质铁与无机非金属矿物按质量比4～10：10置于行星球磨罐中球磨得到；

具体球磨工艺条件为：球料比为30～45，球磨时间为7～8h，球磨转速为500～600rpm。

优选的是，所述单质铁与无机非金属矿物质量比为4～10：10。

按上述方案，所述单质铁与无机非金属矿物粒度均为微米级。

优选的是，所述无机非金属矿物为石灰石，白云石，菱镁矿，石英砂，高岭土，蛇纹石中的一种或多种的混合物。

本发明还包括上述高还原活性的零价铁-矿物复合材料的制备方法，具体步骤如下：将单质铁与无机非金属矿物按比例置于行星球磨罐中进行球磨，得到高还原活性的零价铁-矿物复合材料。

本发明还包括上述高还原活性的零价铁-矿物复合材料在水处理领域的应用。零价铁具有较高的还原电势，E^θ(Fe/Fe²⁺)＝0.440V，具有很强的失电子能力，能够有效的还原具有氧化性质元素或者官能团的污染物。本发明提供的高还原活性的零价铁-矿物复合材料置于污水中，可用于与六价铬、偶氮型染料(酸性红73、甲基橙、胭脂红等)、砷酸盐、磷酸盐、氟离子、重金属离子(镉、铅、铜、汞等)、硝基芳香化合物、卤代芳香化合物等进行反应形成沉淀，再通过固液分离可以去除水中的污染物。