[发明专利]一种S-ZVI磁性环境修复材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种S‑ZVI磁性环境修复材料及其制备方法和用途，用还原剂（硼氢化钠、硼氢化钾）还原三价铁离子为零价铁，进而加入硫源（如硫代硫酸钠）使零价铁表面形成一层硫铁化物，制得S‑ZVI材料。用硫源改性后，S‑ZVI材料克服了零价铁易团聚和易钝化的问题，提高了零价铁的电子传递速率和反应活性。本发明制备方法制备的环境修复材料成本低，制备方法简便且对环境的负面影响小，同时该方法制备的材料对重金属铬的去除效果有优势且该材料稳定性好，便于回收利用。

技术领域

本发明属于环境修复材料技术领域，具体涉及一种S-ZVI磁性环境修复材料及其制备方法和用途。

背景技术

铬（Cr）被广泛应用于冶金、颜料以及制革等行业，其常见价态为三价铬（Cr（III））和六价铬（Cr（VI））。由于Cr（VI）活性高且具有强氧化性，对环境和人类健康造成了极大的危害，因此Cr（VI）的还原固定研究具有重要意义。

零价铁（ZVI）作为一种还原剂，具有很强的电子贡献能力以及高反应活性，已被广泛用于各种环境污染物的去除，但由于ZVI的高表面能及磁特性导致其容易发生团聚沉降，降低了ZVI反应能力；此外ZVI还易与水发生钝化反应，使其在反应过程中的活性逐渐降低，电子传递能力减弱，限制了ZVI的应用范围。

与ZVI相比，硫化亚铁（FeS）具有疏水性、较大的比表面积和较强的电子传递能力，对污染物的去除效果相对持久，但去除能力较弱，且自身没有磁性，不利于回收。

发明内容

目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种S-ZVI磁性环境修复材料及其制备方法和用途，其作为环境修复材料用于环境中Cr（VI）的去除。相比于其他硫化材料，该复合材料具有较好的磁性、较大的比表面积及优异的电化学性能，有利于高效去除污染物，解决了Fe⁰易钝化失活以及铁硫化物难于回收的缺点，具有广泛的应用前景。

将ZVI与FeS复合制备S-ZVI，FeS本身的疏水性可以降低ZVI与水反应造成的钝化损失，使S-ZVI复合材料能与水中的Cr（VI）充分接触；FeS的还原性可协同提高ZVI的电子传递能力，进而提高了复合材料对Cr（VI）的去除性能，同时也具备较好磁响应性。

硫化零价铁（S-ZVI）常用的合成方法是在湿法合成零价铁的过程中加入硫源（硫代硫酸钠、硫化钠、连二亚硫酸钠等），硫化物腐蚀零价铁表层并在表面形成一层 FeSx壳。根据合成过程中硫源的添加顺序可分为前置合成法和后置合成法。前置合成法是指将硫源和硼氢化物混合在一起还原溶液中的铁源形成ZVI和FeS_x混合物；后置合成法是指用硼氢化钠把铁源还原为零价铁后加入硫源最终合成FeS_x包裹的ZVI。目前S-ZVI的制备大多采用常规液相前置还原法，硫源多采用硫化钠或连二亚硫酸钠。但硫化钠有较强的吸湿性使合成的材料不易储存，连二亚硫酸钠在合成过程中会过多地消耗零价铁，导致改性后的材料反应性降低，因此，选择一种稳定有效的硫源能极大提高硫化零价铁的应用价值。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种S-ZVI磁性材料的制备方法，包括：

步骤（1）、取一定量铁盐溶液于容器中，并通Ar₂气体，赶走铁盐溶液中的溶解氧；

步骤（2）、在Ar₂保护和超声的条件下，将还原剂滴入步骤（1）制得的铁盐溶液中，滴加完毕后继续超声反应，得含有ZVI的混合液；

步骤（3）、在Ar₂保护和超声的条件下，向步骤（2）所得混合液中滴入一定量的硫源硫代硫酸钠，滴加完毕后继续超声反应，得到S-ZVI混合液；

步骤（4）、利用磁铁分离出步骤（3）所得产物，经乙醇与去离子水混合液洗涤后真空干燥，得到S-ZVI磁性材料。

在一些实施例中，步骤（1）中，所述铁盐采用三价铁盐；优选的，铁盐采用硝酸铁、氯化铁、硝酸铁水合物、氯化铁水合物中的一种或几种；