[發明專利]一種基于凈水廠鐵泥的硫化零價鐵的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202310533255.3
• 申請日: 2023-05-12
• 公開（公告）號: CN116550341A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 朱世俊;楊凱達;馬曉雁;鄧靖;曾寒軒
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C01G49/12;B01J20/02;C02F1/28;C02F1/72;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 季健康

本發明屬于固廢資源化利用領域，具體涉及一種基于凈水廠鐵泥的硫化零價鐵的制備方法及其應用。所述制備方法包括：(1)水廠鐵泥通過預處理成為粉末，鐵泥粉末經硫改性制得硫負載鐵泥；(2)反應后經固液分離并干燥后得到改性干鐵泥；(3)將硫負載干鐵泥樣品在無氧條件下煅燒至800℃，制得硫化納米零價鐵。本發明制得的硫化納米零價鐵為凈水廠含鐵污泥資源化利用提供了新路徑，發明操作過程簡便，制備周期較短，成本低廉。制得的硫化納米零價鐵能活化水中分子氧、過硫酸鹽和高碘酸鹽催化氧化的降解有機污染物，在環境污染物的處理領域具有較好的普適性，具有廣闊的市場化應用前景。

技術領域

本發明涉及水廠固廢資源化利用和污水處理技術領域，特別涉及一種基于凈水廠鐵泥的硫化納米零價鐵的制備方法及其在高級氧化去除有機污染物領域的應用。

背景技術

零價鐵(ZVI,Fe⁰)作為一種環境友好、低廉易得的凈水材料，具有還原電位低、電子儲存量多等特點，具有良好的吸附特性和反應活性。此外，以零價鐵為核心的高級氧化技術逐漸應用于污廢水中污染物得去除。尤其是零價鐵與氧化劑的聯用可以產生多種氧化活性物種，不僅顯著提高了污染物的去除效果，而且拓寬了零價鐵的使用范圍。但由于ZVI表面易發生團聚，以及表面形成鐵氧化物或羥基氧化物鈍化層，從而導致其反應活性下降。

硫化零價鐵(S-Fe⁰)可以減緩ZVI團聚及表面的鈍化過程。FeS_x殼相比氧化鐵膜更具有電子傳導性和活性，同時硫化物種可以促進Fe(III)向Fe(II)的轉化，改善Fe(II)的回收。S-Fe⁰對于鹵代有機污染物表現出相對快速的脫氯和脫氟作用。此外，S-Fe⁰在催化氧化體系中也呈現出明顯的催化活性特征。在S-Fe⁰表面生成的硫化鐵(FeS_x)提高了電子數量和轉移速率，從而加快了其催化活性。然而，目前合成S-Fe⁰的兩種主要方法是水相沉淀法和機械化學球磨(也稱為固體-固體硫化)法，需要消耗大量能量，增加制備成本。因此，有必要探究新的硫化零價鐵的制備方法，以解決上述技術問題。

凈水廠生產污泥是飲用水處理工藝中所產生的副產物，且產生量較大。全球凈水污泥的平均產量超過3.65×10⁶噸/年，僅我國一年干污泥產量高達1.5～2.4×10⁶噸，英國和澳大利亞年干污泥產量為1.82×10⁵和2.0×10⁵噸，新西蘭每年濕污泥產量超過2.98×10⁴噸。凈水廠鐵泥是使用鐵鹽[FeCl₃，FeSO₄·7H₂O，聚合氯化鐵(PFCl)等]作為混凝劑，在混凝/絮凝-沉淀階段形成副產物，主要成分為懸浮泥沙、膠體顆粒、天然有機物、少量藻類細菌等物質、金屬氫氧化物、助凝劑(如聚丙烯酰胺)以及其他水處理藥劑(如粉末活性炭)。鐵泥具有典型的“污染”與“資源”雙重屬性，常規處理處置是通過脫水后填埋，不僅可能造成土壤或水環境二次污染，而且不利于鐵泥中有效成分的資源化利用。

因此，本發明介紹了一種凈水廠鐵泥資源化制備硫化零價鐵的方法，并將其應用于污廢水中有機污染物的去除，實現廢物多級利用，節約原材料及合成制備成本，開發出資源節約型和環境友好型的凈水材料，對于“以廢物治廢水”的核心理念具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術硫化零價鐵制備過程原料成本和能耗問題，結合凈水廠含鐵污泥的有效成分和結構特性，提供一種基于凈水廠鐵泥的硫化零價鐵的制備方法，所述方法制作成本低、周期短。本發明不僅能夠對凈水廠廢棄鐵泥資源化再利用提供可行性方案，且較好的降低了硫化零價鐵制備過程的原料成本和能耗，同時提供了在污廢水中去除典型有機污染物的應用方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明的目的之一是提供一種基于凈水廠鐵泥的硫化零價鐵的制備方法，包括以下步驟：