[发明专利]一种活性焦负载型零价铁纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种活性焦负载型零价铁纳米复合材料的制备方法，该方法以筛选所得的活性焦为原料，通过物料的破碎和粉碎得到活性焦粉末，将其加入到亚铁盐溶液中，混合均匀后，逐滴滴入硼氢化钾，即可实现活性焦负载纳米零价铁复合材料的制备。本发明以活性焦作为利用对象，将污染源活性焦作为环境保护材料的来源，减少了矿区固体废物堆积对环境的不利影响；与未负载的零价铁材料相比，所制备的活性焦负载型零价铁纳米复合材料重复使用性，抗氧化性，分散性良好，便于储存和运输，同时也利于回收利用。保证了载体的机械强度，减少了铁纳米颗粒的团聚，增加了材料与污染物的接触面积。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种活性焦负载型零价铁纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着铬盐生产、电镀、皮革等工业活动以及污水灌溉、施用污泥等农业活动的进行，六价铬Cr(VI)不断进入环境中，对人类健康和生态系统造成巨大危害。化学修复技术是修复Cr(VI)的主要修复技术，该技术通过还原剂将环境中剧毒的Cr(VI)还原成低毒的Cr(III)，从而达到降低Cr(VI)污染的环境风险的目的。与其他修复技术相比，化学修复技术具有钝化效果好、修复成本低和应用范围广等优点。

近年来，国内外学者围绕着制备高效、环保、绿色和成本低廉的修复Cr(VI)污染的化学修复材料进行了多方面的理论基础研究。其中，纳米零价铁（Nano sized Zero-valentiron ，nZVI）引起了研究者的广泛关注。纳米零价铁是指粒径在1～100 nm内的零价铁颗粒，相较于一般的铁粉，其价廉易得，具有比表面积大、反应活性高、粒径小及还原能力强等优点。nZVI就已经被广泛应用于重金属污染物的治理，在与Cr(VI)以及Cu(II)等重金属废水进行反应的过程中，能够借助化学反应生成无害沉淀，并借助吸附能力，使得微小沉淀凝聚。但是nZVI表面能量高且具有磁性，容易团聚，形成链状或更大的聚集体使比表面积减少，降低在土壤空隙和地下水中的迁移性；同时很强的还原性导致化学性质不稳定，表面被铁氧化物覆盖，形成的钝化层会降低反应活性。针对nZVI颗粒技术存在的局限性，采用优良的改性方法，以提高纳米铁颗粒的分散度和反应活性，增强材料性能至关重要。

负载改性是将nZVI负载到其他材料上，克服因聚集问题而被限制的迁移率、分散性、耐久性和机械强度，实现对受污染水体的修复。其最大的优势在于纳米铁和载体材料之间的还原和吸附协同作用能力，不但可以保持纳米材料原有的反应性和稳定性，降低纳米零价铁材料的氧化速率，同时负载材料一般具有强吸附性，可增加纳米材料反应位点的局部浓度，从而增强反应的驱动力，提高对污染物的降解效率并实现颗粒的重复利用。

碳材料作为金属载体具有易于还原金属相、耐酸碱、结构稳定、成本低、环境友好等优点。其中活性焦（AC）具有比表面积小、中孔百分比高等特点，被广泛应用于重金属废水治理，它能在负载nZVI的同时，有效吸附水体中的Cr(VI)，是理想的负载材料。活性炭自身就是一种广泛应用的新型吸附材料。它不仅具有常规活性炭多孔、富含活性位的优势；与价格昂贵的活性炭相比，具有更加良好的耐压、耐磨损、耐冲击性能，是一种有望取代活性炭的多功能材料。将纳米nZVI负载于AC表面，不仅有利于nZVI团聚现象的改善，而且有助于Cr(VI)去除效果的提高。

公开号为CN112808232A的专利文献公开了一种活性炭负载纳米零价铁材料的制备方法与应用，所述方法能够将纳米零价铁有效的负载至活性炭上并在此基础上尽可能的提高原料转化率、简化制备步骤、缩短制备时间。与活性焦相比，活性炭比表面积相对较大、但中孔和大孔结构不够发达，价格贵，使用寿命短且难以再生。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种活性焦负载型零价铁纳米复合材料及其制备方法和应用，能够将纳米零价铁有效的负载至活性焦上，并用于去除水体中Cr(VI)，在此基础上尽可能的提高原料转化率和对水体中Cr(VI)的去除率，制备过程简便且易于放大。