[发明专利]硫化协同活性炭改性的微米级零价铁复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及硫化协同活性炭改性的微米级零价铁复合材料及其制备方法与应用。本发明中的硫化协同活性炭改性的微米级零价铁材料中硫元素与铁元素的摩尔比为(0.03‑0.14):1，零价铁与活性炭的质量比为1:(0.05‑0.40)；在酸性缓冲溶液中，将微米零价铁与粉末活性炭、可溶性硫化盐混合反应得到。本发明的硫化协同活性炭改性的微米级零价铁材料对于废水中重金属铬的去除效率远远高于普通微米零价铁与活性炭复合材料对铬的去除效率，同时也明显优于硫化改性微米零价铁材料；并且在土壤原位修复的小模型装置中展现出优异的去除性能。具有反应速率快、成本低廉、过程简单等优点，在重金属污染的工业废水处理和场地土壤修复方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种硫化协同活性炭改性的微米级零价铁复合材料及其制备方法与应用，属于土壤和地下水修复技术领域。具体涉及通过粉末活性炭调控硫化微米零价铁表面铁硫化物加速废水和土壤六价铬污染物的去除。

背景技术

重金属污染是目前危害较大的环境问题之一，电镀、采矿、皮革鞣制及不锈钢生产等工业过程的产生的废水、废渣中通常包含大量的六价铬，其由于存储和处置不当其渗透到环境基质中，造成了严重的土壤和地下水污染。六价铬具有高迁移性、化学毒性、环境持久性等特点而受到人们广泛持久的关注。因此，有必要采取合适的补救措施来去除水体和土壤中的六价铬污染。

可渗透性反应墙耦合电动修复被认为是一种有前途的土壤和地下水修复技术，该技术易于现场应用且具有优异的修复性能和经济可持续性。作为可渗透反应墙中使用最广泛的填充材料零价铁，具有来源丰富、成本低廉、还原性能较强的特点，同时也面临着空气稳定性差、易与溶解氧和水反应形成致密氧化膜、与结块铁腐蚀产物等挑战，这也将阻塞可渗透反应墙并降低反应活性。研究表明，硫化改性零价铁能够有效提高电子转移效率、减少副反应发生，进而促进污染物的去除。但其依然受污染物选择特异性与分散性差的限制，没有表现出优异的现场应用潜力。故需要对硫化零价铁材料的性能与应用潜能进一步优化。

中国专利文件CN114950357A公开了一种一步法制备活性炭负载硫化纳米零价铁复合材料的方法，包括以下步骤：将生物质炭化料加入包含铁前驱体、硫前驱体和分散剂的混合溶液中浸渍，将浸渍后的生物质炭化料进行活化，得到活性炭负载硫化纳米零价铁复合材料。然而，该方法需要制备纳米零价铁，同样过程复杂繁琐且操作存在安全隐患，不利于大规模现场应用。

此外，CN115304148A公开了碳负载型硫化纳米零价铁的制备方法和六价铬的去除方法，将铁盐溶液和活性炭放入反应器中进行化学反应，以生成第一混合溶液；将硼氢化钠溶液和硫化物溶液依次滴加至第一混合溶液中进行化学反应，以生成第二混合溶液；将第二混合溶液通过磁铁进行固液分离，以得到碳负载型硫化纳米零价铁。CN110482671A公开了一种炭硫掺杂零价铁复合材料的制备方法，该方法包括：将硫试剂、铁粉和炭粉按一定比例混合球磨后，得到炭硫掺杂零价铁复合材料；所述硫试剂为单质硫粉、硫化铁粉或硫铁矿粉；所述硫试剂、铁粉和炭粉的质量百分数比为0.5～20:70～99:0.5～10。通过硫试剂、铁粉和炭粉混合后球磨，得到炭硫掺杂零价铁复合材料。然而，上述方法得到的复合材料在去除六价铬方面效果仍然不佳，在2小时以内对六价铬的去除率仍然没有达到理想结果。

发明内容

针对现有技术的不足，特别是硫化零价铁的效果需要进一步优化的问题，本发明提供了一种硫化协同活性炭改性的微米级零价铁复合材料及其制备方法与应用。该复合材料能够实现铁硫化物对材料组分中零价铁和活性炭的均匀分布，并优化硫化零价铁表面铁硫化物的组装模式。通过硫化改性实现铁碳之间的高效协同，能够加速对土壤和地下水中六价铬去除的效率，并且具有操作简单、适用pH广、环境友好、工程应用潜力大等优点，在重金属污染的工业废水处理和场地土壤修复方面具有广阔的应用前景。

发明概述：