[发明专利]一种基于重金属污染废水修复的硫化纳米铁改性复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种基于重金属污染废水修复的硫化纳米铁改性复合材料的制备方法及应用，该硫化纳米铁改性复合材料以香蒲为原材料，具体的制备步骤为：将香蒲烘干打磨过筛，加入H₃PO₄溶液，置于马弗炉中煅烧，再浸泡于HCl溶液中，过滤、烘干研磨得到生物炭；在持续通入氮气的条件下将壳聚糖溶解于HNO₃溶液中，加入生物炭，再加入FeSO₄·7H₂O溶液中，搅拌均匀；再逐滴加入NaBH₄和Na₂S混合溶液，充分搅拌均匀后用磁铁收集，离心后干燥得到硫化纳米铁改性复合材料。该复合材料制备工艺简便、成本低廉；该复合材料对水体中的二价镉离子具有良好的去除效果，去除量较大。本发明可用于冶炼、电镀、金属加工制造等产生的重金属污染水体的修复。

技术领域

本发明涉及纳米新材料和水环境修复领域，具体涉及一种基于重金属污染废水修复的硫化纳米铁改性复合材料的制备方法及应用。

背景技术

联合国环境规划署提出的12种具有全球性意义的危险化学物质中，镉(Cd)位于首位。水体中的Cd来源于矿采、金属冶炼和电镀等行业，Cd可通过食物链在生物体内富集，抑制某些植物生长，损害人体神经系统和消化系统，对人类健康安全造成严重威胁。因此，迫切寻求一种高效低能的方法修复水体Cd污染。常用去除水体Cd污染的方法有离子交换法、化学沉淀法、生物去除技术、膜分离和吸附法等。

随着纳米技术的发展，纳米零价铁(nZVI)具粒径小、高反应活性和高比表面积优势，对多种污染物如重金属、有机物等具有较强的去除效果，在环境污染物处理体系中具有优异的应用前景。然而，细小尺寸的nZVI颗粒在水溶液中不稳定，易团聚、易钝化的特性限制了其在水污染修复中的实际应用。生物炭因制作简便、来源广泛、成本低廉，并具有较大比表面积、孔隙度和丰富的官能团，常被用于分散nZVI颗粒。国内外研究人员还用了其它方法改性nZVI，多用连二亚硫酸钠、羟甲基纤维素和黄原胶等减少nZVI钝化或增强稳定性。但这些改性方法稳定剂用量多、成本高昂，且难以同时提高nZVI的反应活性和保存持久性，不适合运用于实际工程生产中。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有重金属污染水体修复技术存在的问题，开发一种高效、经济的可用于去除水体Cd污染的硫化纳米铁改性复合材料。

本发明提出一种硫化纳米铁改性复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将香蒲洗净烘干，打磨过筛，称取1-20g香蒲放在坩埚中，加入体积分数为20％-70％的H₃PO₄溶液，搅拌均匀并静置12-32h，然后置于马弗炉中150-550℃无氧煅烧0.5-2h，再浸泡于体积分数为2％-20％的HCl溶液中15-45min，真空抽滤、烘干研磨过筛，得到生物炭；

(2)将0.1-10g壳聚糖溶解于0.01-1M的HNO₃溶液中，取30-100mL壳聚糖溶液放入三口烧瓶，再加入0.1-10g生物炭和0.02-1M的FeSO₄·7H₂O溶液，搅拌3-10min使其混合均匀；

(3)往步骤(2)中混合后的溶液中逐滴加入50-500mL含有0.5-1M的NaBH₄和适量的Na₂S(S/Fe摩尔比为0.1-0.7)混合溶液，滴加完成后，再充分搅拌10-60min，此反应皆在充入氮气的条件下进行；

(4)用磁铁收集得到的黑色颗粒，并用超纯水和无水乙醇多次洗涤，离心分离，真空干燥保存。

本发明还提供一种上述的硫化纳米铁改性复合材料应用于去除废水中二价镉离子的方法，包括以下步骤：