[發明專利]一種活性炭-零價鐵復合凝膠顆粒及其制備方法和去除重金屬離子的應用

有效

• 申請號: 202210061619.8
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114405492B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 鄭春莉;何菲
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;B01J20/24;B01J20/20;B01J20/02;B01J20/28;B01J13/00;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種活性炭?零價鐵復合凝膠顆粒及其制備方法和去除重金屬離子的應用，屬于重金屬污染修復技術領域。將天然高分子化合物海藻酸鈉，粉狀活性炭，納米零價鐵粉在水中充分攪拌混合后與氯化鈣交聯，形成大小為1?3mm的活性炭?零價鐵復合凝膠顆粒。由于該制備方法綜合考慮了海藻酸鈉表面官能團與重金屬離子的絡合作用、活性炭與重金屬離子的吸附作用、納米鐵與重金屬離子的還原作用，使得該材料具有造價低、易制備、環境友好性強、重金屬離子去除性能高等顯著優點，且多次循環使用后依然保持良好的反應活性，呈現出優秀的工業應用潛能。

技術領域

本發明屬于重金屬污染修復技術領域，具體涉及一種活性炭-零價鐵復合凝膠顆粒及其制備方法和去除重金屬離子的應用。

背景技術

重金屬是指密度大于5.0g/cm³的金屬，在工業生產中，如制革、電鍍、燃料和采礦等行業會排放出大量的重金屬離子(如鉛、鎘、鋅、銅、鎳、錳和鈷等)進入生態環境。由于重金屬離子在生態環境中難以降解，可通過皮膚接觸或吸入等方式被生物有機體吸收，且經過生物機體的富集放大，最終通過食物鏈進入人體從而對公共健康造成嚴重威脅。其中以鉻(Cr)和鎘(Cd)元素最為嚴重。鉻通常處于兩種穩定的氧化態，即Cr³⁺和Cr⁶⁺，三價鉻毒性較小，可作動植物的重要營養素，六價鉻有劇毒及腐蝕性，長期暴露在六價鉻環境中可能引發呼吸性疾病，甚至癌癥。鎘遷移能力極強，容易在土壤中被吸收富集，同時鎘對人類健康有極大威脅，能夠使生物骨骼嚴重軟化，引起骨痛病，還會引起胃臟功能失調并干擾人體和生物體內的酶系統，導致高血壓癥等。因此，探尋有效處理鉻(Cr)和鎘(Cd)的方法具有非常重要的社會意義與經濟效益。

通常處理重金屬離子的方法包括化學還原法，化學沉淀法，反滲透法，吸附法等，這些方法均存在成本較高，具有二次污染，處理效果一般等不足。納米零價鐵原位還原修復技術作為一種新興的處理方法，由于其操作簡便、成本低、能耗低、設計靈活、可回收性方便等優點而受到廣泛關注。作為第一過度系金屬元素，單質鐵易失去電子形成二價鐵離子或三價鐵離子，表現出良好的還原性能，可以去除多種重金屬離子，如鉻、鎘、鉛、銅、鎳等。但該方法同時也存在一些問題：(1)由于其粒度小，導致表面能高，易發生團聚；(2)還原性能使得其易被空氣氧化，從而失活且難以存儲；(3)造價高，成本通常為5-10萬元/噸。

要解決上述問題，需要對納米鐵進行改性。常見的改性方法有化學法和物理法，物理法為攪拌、微波等物理過程來改性材料，其缺點在于僅僅解決了易團聚的科學問題，實際上經過一段時間后，團聚現象再次發生。化學法包括負載法(將納米鐵負載在多孔材料上)或者包埋法(將納米鐵利用有機物等進行包覆)。與物理法相比，化學法雖然較為徹底地解決了團聚問題，同時也保護了納米鐵不被空氣氧化，但經濟成本仍然居高不下。此外，化學法采用的有機改性劑也具備一定的生物毒性，具有產生二次污染的風險。

因此，基于上述背景，開發制備成本低、易操作、環境友好性強的納米零價鐵改性方法迫在眉睫。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種活性炭-零價鐵復合凝膠顆粒及其制備方法和去除重金屬離子的應用，能夠有效解決現有的納米零價鐵顆粒粒度肖、易失活、難以儲存以及制備成本過高的技術問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種活性炭-零價鐵復合凝膠顆粒的制備方法，包括以下步驟：

1)將海藻酸鈉加入水中，攪拌至充分混勻，獲得透明的海藻酸鈉溶液，靜置排出氣泡；

2)將活性炭粉末、納米零價鐵粉末加入步驟1)制得的海藻酸鈉溶液中，攪拌至充分混勻，制得混合溶液；

3)將混合溶液中滴加至氯化鈣溶液中，經交聯反應制得固體顆粒，將固體顆粒分離、清洗、干燥，制得活性炭-零價鐵復合凝膠顆粒。