[發明專利]一種高還原活性的零價鐵-礦物復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910708932.4
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110498494A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 張其武;顧緯鍵;胡慧敏;吳磊
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C02F1/52
• 分類號: C02F1/52;C02F101/22;C02F103/30;C02F101/20
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 崔友明;官群<國際申請>=<國際公布>=

本發明涉及一種高還原活性的零價鐵?礦物復合材料，其由單質鐵與無機非金屬礦物按質量比4～10：10置于行星球磨罐中球磨得到；具體球磨工藝條件為：球料比為30～45，球磨時間為7～8h，球磨轉速為500～600rpm。本發明選用無機非金屬礦物材料與單質鐵配伍，并采用特定的球磨工藝，使無機非金屬礦物在零價鐵表面形成致密的非晶結構的鮞狀保護層，一方面提高了零價鐵的持續還原能力，另外，經過球磨活化后的無機非金屬礦物反應活性更強，并且暴露出復合材料中的零價鐵。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種高還原活性的零價鐵-礦物復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著人們對生活環境與生態文明要求的提高，水污染越來越受到人們的關注，水污染主要來源于生活污水、工業廢水和初期雨水，實際廢水中組成成分復雜，含有的大量有機、無機污染物，更對生態、人類的健康造成巨大的威脅。

還原沉淀法是水污染治理過程中的一種主要的化學方法，在添加還原劑的基礎上降解或者減少氧化性污染物，并以沉淀的形式去除，零價鐵(ZVI)便是一種典型的還原劑。它是指一定粒徑的鐵單質顆粒，其具有高還原勢和反應速度快的特點，在水體污染物的脫除和土壤的修復方面有廣闊的應用前景，近幾年已成為地下水原位修復中最有效的方法之一。但是高活性零價鐵表面極易鈍化，而且微細粒級零價鐵本身極易發生團聚，這些零價鐵本身的性質缺陷影響了其反應活性從而限制了零價鐵的進一步運用。科研工作者們對零價鐵的制備和改性方面做了大量的研究，改進制備工藝，使用不同類型無機非金屬材料來負載零價鐵，如石墨烯、膨潤土、殼聚糖及其他粘土等，工藝基本都以真空環境下液相沉淀法制備為主，雖然可以得到粒徑較小的產品，但使用硼氫化鈉等還原劑以及惰性保護氣體等，成本過高成為一個障礙，另外，制備工藝還會排除大量廢水需要進一步處理。因此，開發一種便捷、高效的零價鐵(ZVI)制備方法成為了Fe環境功能材料領域的當務之急。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種高還原活性的零價鐵-礦物復合材料及其制備方法，選用無機非金屬礦物材料與單質鐵配伍，并采用特定的球磨工藝，使無機非金屬礦物在零價鐵表面形成致密的非晶結構的鮞狀保護層，水處理過程中無機非金屬礦物重結晶，暴露出復合材料中的零價鐵，從而使零價鐵-礦物復合材料能夠持續保持零價鐵的高反應活性。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

提供一種高還原活性的零價鐵-礦物復合材料，其由單質鐵與無機非金屬礦物按質量比4～10：10置于行星球磨罐中球磨得到；

具體球磨工藝條件為：球料比為30～45，球磨時間為7～8h，球磨轉速為500～600rpm。

優選的是，所述單質鐵與無機非金屬礦物質量比為4～10：10。

按上述方案，所述單質鐵與無機非金屬礦物粒度均為微米級。

優選的是，所述無機非金屬礦物為石灰石，白云石，菱鎂礦，石英砂，高嶺土，蛇紋石中的一種或多種的混合物。

本發明還包括上述高還原活性的零價鐵-礦物復合材料的制備方法，具體步驟如下：將單質鐵與無機非金屬礦物按比例置于行星球磨罐中進行球磨，得到高還原活性的零價鐵-礦物復合材料。

本發明還包括上述高還原活性的零價鐵-礦物復合材料在水處理領域的應用。零價鐵具有較高的還原電勢，E^θ(Fe/Fe²⁺)＝0.440V，具有很強的失電子能力，能夠有效的還原具有氧化性質元素或者官能團的污染物。本發明提供的高還原活性的零價鐵-礦物復合材料置于污水中，可用于與六價鉻、偶氮型染料(酸性紅73、甲基橙、胭脂紅等)、砷酸鹽、磷酸鹽、氟離子、重金屬離子(鎘、鉛、銅、汞等)、硝基芳香化合物、鹵代芳香化合物等進行反應形成沉淀，再通過固液分離可以去除水中的污染物。