[發明專利]一種磺化鐵銅雙金屬復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011191366.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112517920A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 王源;劉星海;陳輝霞;張奇;屈敏;劉曉東;徐紅彬;陳盟
• 申請（專利權）人: 煜環環境科技有限公司;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/00;B22F1/02;C02F1/461;C02F1/467;C02F1/70;C02F101/22;C02F103/06
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙) 13128
• 代理人: 郭明月

本發明提供了一種磺化鐵銅雙金屬復合材料及其制備方法和應用。所述磺化鐵銅雙金屬復合材料為微米級顆粒，理論銅鐵質量比（0~0.125）:1，理論硫鐵摩爾比為（0~0.140）:1，具有較大的比表面積及較好的還原效果。所述磺化鐵銅雙金屬復合材料的制備方法主要包括置換反應步驟和使鐵與硫共沉淀生成的硫化亞鐵附著于材料表面，替代材料表面的氧化層的反應步驟。本發明所述復合材料與原始鐵粉相比，大大提高了原鐵粉的活性；與鐵銅雙金屬相比，其還原效果更好。所述復合材料的制備過程，由于硫化亞鐵的生成，大大提高了鐵粉對于六價鉻的還原效果，是一種高效經濟的制備方法。

技術領域

本發明屬于環境修復領域，具體涉及一種磺化鐵銅雙金屬復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

六價鉻Cr（VI）是土壤和地下水中的常見污染物。通常存在與電鍍、金屬精加工、顏料制造、制革廠和鉻礦開采作業的廢水中。六價鉻對人類和動物具有致癌性，它可以引起皮炎、鼻炎，甚至是肺癌和鼻咽癌。在水環境中，由于Cr（VI）的高流動性，可能會增加對人體健康和環境的暴露和危害。相比之下，三價鉻Cr（III）在環境中的流動性較低，毒性偏??；除此之外，Cr（III）還是人類和動物所需的營養素，所以將Cr（VI）還原為Cr（III）在環境上是有利的，可用于修復受Cr（VI）污染的水體。

目前有關化學還原法修復水體中Cr（VI）污染的研究有很多，已經報道了許多還原劑，包括H₂S、FeSO₄、Fe⁰等。零價鐵作為一種不會產生二次污染物，且對多種污染物有去除效果的環境友好型材料，成為最有前途的材料之一。但仍面臨諸多問題，零價鐵表面容易鈍化，從而降低反應活性。為了增加零價鐵的活性，研究者們提出對許多對策，如酸洗零價鐵、納米零價鐵、雙金屬等。有研究表明減少零價鐵尺寸可提高零價鐵的利用率及活性，然而會導致電子效率降低；同時研究發現零價鐵的復合材料能夠減緩零價鐵的水腐蝕，從而提高零價鐵的反應選擇性。

CN103979704A公開了一種黃鐵礦處理含六價鉻廢水的處理方法，其方法主要包括：將pH值為2.0~3.0的含六價鉻的廢水經過粗粒黃鐵礦和細粒黃鐵礦兩次還原，使得廢水中的Cr（VI）全部被還原為Cr（III），再回調廢水pH到偏堿性，使得Cr（III）完全沉淀出來；該方法利用了Fe²⁺的特性，雖成本低廉，但是處理效率低，所需原材料的量較大。

CN105195758A公開了一種納米零價鐵銅雙金屬顆粒的制備方法及用途，其制備方法主要包括：（1）將鐵鹽和銅鹽按一定的摩爾比加入三口燒瓶；（2）取一定量的乙醇溶液加入所述三口燒瓶，在恒溫下水浴攪拌；（3）將硼氫化鹽溶液加入所述三口燒瓶中，攪拌10～40min后，抽濾得到沉淀物經乙醇和離子水清洗后烘干得到制備的材料；該專利中的材料利用鐵銅形成原電池的方式提高了零價鐵的活性，增加了零價鐵的利用效率，但該材料還存在鈍化層形成過快，零價鐵的反應選擇性降低的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種磺化鐵銅雙金屬復合材料及其制備方法和應用。本發明提供的磺化鐵銅雙金屬復合材料通過形成鐵銅原電池提高材料的反應活性，又通過硫化亞鐵替代鐵銅雙金屬表面氧化層的方式提高材料的反應選擇性，所述復合材料的還原性好，在含鉻污水處理、鉻污染地下水修復等方面有良好的應用前景。

為達上述目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種磺化鐵銅雙金屬復合材料，所述復合材料通過形成在材料的表面形成微原電池提高了材料的反應活性，再通過硫化亞鐵替代鐵銅雙金屬表面氧化層的方式提高材料的反應選擇性。具體表現為硫化亞鐵替代氧化層附著在比表面積較高的Fe-Cu雙金屬表面。所述Fe-Cu雙金屬材料表面積為5-10 m²/g。

所述復合材料中，銅鐵質量比為（0 ~ 0.125）: 1，硫鐵摩爾比為（0 ~ 0.140）: 1；