[發明專利]一種金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202011602498.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN114160167A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 唐鳳琳;張琳;田芳明;楊秀培;唐姣姣
• 申請（專利權）人: 西華師范大學
• 主分類號: B01J27/049
• 分類號: B01J27/049;B01J37/20;B01J37/06;C02F1/70;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 青島鼎丞智佳知識產權代理事務所(普通合伙) 37277
• 代理人: 曲志乾

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及地下水原位修復的技術中一種金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料的制備方法及其應用。本發明將經過酸洗處理后的mZVI加入到含硫化試劑的水溶液中，在零價鐵表面發生化學反應，使得生成硫化物沉積在其表面，從而得到硫化微米零價鐵；之后再將制備得到的硫化微米零價鐵顆粒，加入到含有二價鎳的水溶液中，通過鎳?鐵在硫化微米零價鐵表面發生快速的置換反應，以達到快速合成金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料的目的。本發明制備金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料對去除地下水有機污染物具有明顯的促進作用。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及地下水原位修復的技術中一種金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

地下水作為人類社會最主要使用的水資源之一，對社會經濟發展具有重要意義。我國有400多個城市依靠地下水作為飲用水水源，在北方和西部地區的一些城市中，采用地下水作為飲用水的比例占到了50％，在許多城市甚至高達80％。而在少數城市和大部分的農村地區，地下水常是唯一的供水水源。然而，城市污水與垃圾、工業廢水、農藥化肥的滲透，以及不法企業采用滲坑和井壓方式偷排工業廢水等均造成了地下水不同程度的污染。由于地下水所處的特殊地質與水文地質條件，使得地下水污染具有過程緩慢、不易發現和難以治理的特點而相對于成熟的污水處理技術而言，可供選擇的地下水修復技術卻很有限。而零價鐵(Zero-valent iron，簡稱ZVI)的電負性較大，其具有很強的化學還原性，可使地下水中的多種有機和無機污染物變成無毒或低毒的降解產物，從而使地下水得到修復。近年來，零價鐵及其衍生出的原位修復技術，大大推動了國內外地下水修復的迅猛發展。而微米零價鐵(Micro-scale zero-valent iron，下文簡稱mZVI)因其粒徑較普通零價鐵更小，其表面原子數、表面積、表面能以及表面結合能都比普通零價鐵更大，有著更強的除去地下水中有機污染物的能力。

近年來，對mZVI進行表面改性成為零價鐵技術改進的熱點，通過硫化試劑與mZVI進行反應，在mZVI表面形成硫化層，利用硫化層疏松的結構特點和疏水特性，抑制鐵與水的競爭反應，增強mZVI對目標污染物的電子靶向傳遞能力，從而提高mZVI對有機污染的去除效率。此外，在零價鐵上負載第二金屬，通過形成微電流效應或催化效應都能有效增強零價鐵的反應活性，將硫化微米零價鐵與第二金屬結合更能顯著提高硫化微米零價鐵的反應活性。

發明內容

本發明專利的目的在于提供一種金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料的制備方法及其應用，該方法能可有效地提高mZVI去除地下水中有機污染物的效率。

發明概述

本發明提供了一種金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料的制備方法及其應用。本發明將經過酸洗處理后的mZVI加入到含硫化試劑的水溶液中，在零價鐵表面發生化學反應，使得生成硫化物沉積在其表面，從而得到硫化微米零價鐵；之后再將制備得到的硫化微米零價鐵顆粒，加入到含有二價鎳的水溶液中，通過鎳-鐵在硫化微米零價鐵表面發生快速的置換反應，以達到快速合成金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料的目的。為了驗證該復合材料對有機污染物的去除效果，將其投入到含有有機污染物的模擬地下水中，在模擬的地下水環境中，考察了金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料對有機污染物的降解作用。

金屬鎳改性的硫化微米零價鐵復合材料，按以下方法制備：

(A)向反應器中加入未經處理的mZVI粉末，再加入1mol/L的HCl溶液，混勻，靜止，以實現鹽酸溶液對mZVI進行酸洗。酸洗結束后，用含氧量小于0.5g/mL的高純水洗滌mZVI，得到經鹽酸酸洗后的mZVI。

(B)向步驟(A)的反應器中加入脫氧HAc-NaAc緩沖溶液，加蓋密封后置于恒溫振蕩箱中，在25℃，300rpm條件下進行混合10min，再加入一定量含硫金屬鹽溶液，使得硫化微米零價鐵中的硫鐵摩爾比S/Fe達到一定的比例，繼續在上述條件下反應一段時間。將得到的材料分別用脫氧無水乙醇和脫氧高純水進行洗滌，然后再進行冷凍干燥。