[發明專利]一種用于去除水體中重金屬的沸石負載納米鐵材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410409088.2
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104174355A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 孔祥科;韓占濤;王平;張威;馬春曉;韓梅
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院水文地質環境地質研究所
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 齊蘭君

技術領域

本發明涉及去除水體中重金屬污染物的復合材料，具體涉及一種可去除水體中重金屬離子如Pb²⁺、Cd²⁺及Cr⁶⁺的沸石負載納米鐵材料及其制備方法，該材料可作為滲透反應格柵填料，屬于環境工程和環境材料領域。

背景技術

重金屬污染是指由重金屬及其化合物引起的環境污染，重金屬在環境中難以降解，能在動植物體內積累，并通過食物鏈逐步富集，最后進入人體造成危害，是對人類危害最大的污染物之一。近些年隨著我國工農業生產的快速發展，我國出現了重金屬污染頻發、常發的狀況，其中以鎘、鉛及鉻污染最為典型。因此，水體受到污染后缺乏高效的修復技術是我國水體安全性面臨的主要問題之一。

滲透反應格柵（Permeable?Reactive?Barrier，PRB）是一種地下水污染的原位修復技術，由可透水的反應介質組成，通常置于地下水污染羽狀體的下游，與地下水流相垂直。當受污染的地下水通過?PRB時，污染物與格柵中活性介質之間發生沉淀、吸附、氧化-還原和生物降解等一系列反應，從而有效去除地下水中的污染物。該技術具有處理費用少，處理效果好，對環境擾動小等優點，因而在地下水原位修復技術中具有廣泛的應用前景。

對于受重金屬污染水體，利用活性炭、樹脂、零價鐵、天然沸石等吸附材料作為PRB填料去除重金屬離子是常用的方法。其中，“零價鐵PRB技術”是目前研究的熱點。近年來，隨著納米技術的興起，納米鐵在水體修復中的應用發展迅速。與零價鐵相比，納米鐵具有更大的比表面積和反應活性，對重金屬離子具有更高的去除效率。但由于存在以下兩個重要因素，嚴重的制約了該技術的應用：（1）鐵粉特別是納米鐵易受顆粒間磁力的影響，在反應過程中會逐漸團聚結塊，影響其反應活性。（2）反應過程中產生的礦物沉淀(鐵氧化物和鐵氫氧化物沉淀)也會覆蓋反應點位并降低介質滲透性，從而造成污染物的去除效率降低。

納米鐵復合材料是由納米鐵與其他材料形成的復合材料，其優勢在于各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使納米鐵復合材料的綜合性能大大提高。近年來，一些大比表面積材料被用作納米鐵的載體，如活性炭、膨潤土、柱撐粘土等，納米鐵經負載和固定后，其團聚趨勢得到了一定程度的控制，在載體上分散較好，穩定性增強，使復合材料具有更好的反應活性。另外，由于負載材料本身就具有良好的吸附性能，從而使復合材料對污染物具有更高的去除效率。然而，目前研究中所使用的負載材料多為粘土礦物或活性炭，粘土礦物往往大孔隙不夠發育，且在水體中易吸水膨脹，從而導致滲透性不佳，難以作為PRB反應介質。活性炭造價較高，在經濟上往往難以承受。因此，尋找具有穩定結構和理化性質的負載材料，并研發易于操作、經濟可行的納米鐵固相負載技術，最終制備可高效去除重金屬的納米鐵復合材料，成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明提供一種用于去除水體中重金屬的沸石負載納米鐵材料及其制備方法，以解決現有技術中存在的問題。

天然沸石是多孔的鋁硅酸鹽礦物，具有較大的比表面積和豐富的孔隙結構，有良好的滲透性，而且對金屬離子吸附性很強，具有獨特的吸附、陽離子交換和催化等性能。將納米鐵分散負載到具有良好孔隙結構和吸附能力的沸石上，一方面，負載的納米鐵可保證復合介質的反應活性；另一方面，沸石較強的吸附能力可促進反應中的電子傳遞，豐富的孔隙結構可減少金屬沉淀覆蓋反應點位，并實現沉淀物的有效固定。另外，沸石負載納米鐵以沸石作為載體，使制備的復合材料具有穩定的物理結構和良好的滲透性，可作為PRB填料，納米鐵的負載使其兼具還原能力和吸附能力，提高了其對重金屬污染物的去除能力，為PRB技術應用于修復地下水重金屬污染提供了更好的可靠途徑。

這種沸石負載納米鐵材料由沸石和負載在沸石顆粒孔隙及表面的納米鐵構成，所述沸石平均粒徑為20～100目，所述納米鐵的負載量為1wt%～1.3wt%，納米鐵粒徑為50～200nm。

所述沸石負載納米鐵材料的制備方法包括以下步驟：

a.?將20～100目的沸石用1～3mol/L的HCl溶液浸泡24h后，用去離子水沖洗至其pH值至6.0～7.0，然后去除水溶液，干燥后待用；

b.?將上述干燥后的沸石以1:40～1:100的質量體積比浸泡在5～20mmol/L的FeCl₃溶液中后，在25℃、170rpm/min下振蕩反應，振蕩反應22～26h后去除反應液，再用去離子水沖洗3～5遍后分離去除水溶液，得到飽和吸附Fe³⁺的沸石；?