[發明專利]一種改性膨潤土負載納米鐵材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310462879.7
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103464091A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 劉紅;彭秀達;秦雄;范先媛
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B01J20/12
• 分類號: B01J20/12;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/70;C02F1/62
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明涉及一種污水處理劑技術領域。尤其涉及一種改性膨潤土負載納米鐵材料及其制備方法。?

背景技術

重金屬鉻和砷，尤其是六價鉻和五價砷，在地表水和地下水中主要以陰離子形式存在，對人體危害較大。目前含鉻、砷廢水的處理方法主要有化學沉淀法、離子交換法和膜分離法。化學沉淀法主要是向廢水中投加氫氧化鈣，但氫氧化鈣投加量太大，會產生大量含重金屬污泥；離子交換法工藝復雜，樹脂容易老化；膜分離法成本過高，膜孔容易堵塞。尋找高活性材料去除廢水中的鉻、砷已受到水處理領域關注。?

用零價鐵（Fe⁰）、尤其是納米零價鐵（nZVI）去除鉻和砷成為了一個非常活躍的研究領域。納米零價鐵具有較高的還原勢（E^θ=1.77V>>0.2V），通過循環的、綜合的電化學腐蝕機制，可以去除以陰離子狀態存在的Cr(Ⅵ)，而Fe⁰則會逐步生成Fe²⁺、Fe³⁺，在水中形成氫氧化亞鐵或氫氧化鐵膠體，對As(Ⅴ)和Cr(Ⅵ)的還原產物Cr(OH)₃有吸附共沉淀作用。但在實際應用中納米零價鐵材料仍然存在一些問題需要解決，如納米零價鐵的合成條件不易控制、極易團聚、空氣穩定性差和親水性差等。?

Shi等用膨潤土作為多孔材料負載零價納米鐵處理含Cr(Ⅵ)廢水（L.?N.?Shi,?X.?Zhang,?Z.?L.?Chen．Removal?of?chromium(VI)?from?wastewater?using?bentonite-supported?nanoscale?zero-valent?iron[J]．Water?Res.?2011,?45:?886-892；L.?N.?Shi,?X.?Zhang,?Z.?L.?Chen．膨潤土負載納米鐵對廢水中Cr(Ⅵ)?去除[J]．水研究，?2011,?45:?886-892?），較零價納米鐵去除率有所提高。雖然膨潤土的靜電排斥和空間位阻等作用能使鐵顆粒不易聚集，也不易被氧化，但膨潤土表面帶負電，納米鐵疏水性較強，對陰離子鉻酸根以及砷酸根的吸附能力仍較弱，去除效果不夠理想。?

美國學者Li,?Z等用零價鐵和天然沸石相混合，然后再用十六烷基三甲基溴化銨進行改性（Z.?Li,?J.?H.?Kirk,?P.?Zhang,?et?al．Chromate?transport?though?columns?packed?with?surfactant-modified?zeolite/zero?valent?iron?pellets[J]．Chemosphere.?2007,?68:?1861-1866；Z.?Li,?J.?H.?Kirk,?P.?Zhang,?et?al．鉻酸鹽在表面活性劑改性沸石/零價鐵填充柱中的遷移[J]．化學圈，2007,?68:?1861-1866），改變了零價鐵和沸石的表面特性，據此制成的改性沸石/零價鐵填充柱對鉻酸鹽有還原和吸附作用，但零價鐵的利用率不高，在較高的流速和鉻酸鹽濃度條件下，需要增加填充柱長度。?

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種對地表水和地下水中以陰離子形式存在的鉻(Ⅵ)和砷(Ⅴ)具有良好去除作用的改性膨潤土負載納米鐵材料及其制備方法。?

為實現上述目的，本發明采用的技術方案的制備步驟是：?

步驟一、先將膨潤土與0.05~0.6?mol/L的二價鐵鹽溶液攪拌30~40?min，攪拌速度為250~300?r/min，制得膨潤土與二價鐵鹽的混合液，其中鐵元素與膨潤土的質量比為1︰(1~2)。

步驟二、在持續步驟一攪拌的條件下，向膨潤土與二價鐵鹽的混合液中滴加還原劑溶液，?

二價鐵鹽溶液與還原劑溶液的體積比為1︰(0.95~1.05)；還原劑溶液滴加完畢，繼續攪拌20?~40?min，制得含膨潤土負載納米鐵的混合液。

所述還原劑溶液是質量分數為0.2?wt%的氫氧化鈉溶液與還原劑配制而成，其中還原劑與二價鐵鹽的摩爾比為(1/3~3)︰1。?

?步驟三、在持續步驟二攪拌的條件下，將攪拌速度由250~300?r/min降至200~250?r/min，在含膨潤土負載納米鐵的混合液中添加改性劑溶液，含膨潤土負載納米鐵的混合液與改性劑溶液的體積比為1︰(0.15~0.20)；改性劑溶液添加完畢，繼續攪拌20~40?min，得到改性膨潤土負載納米鐵混合液。?