[发明专利]一种零价铁柱撑蒙脱石修复材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种零价铁柱撑蒙脱石修复材料及其制备方法与应用，属于环境功能材料领域。该发明主要在氢气和氮气的混合气氛中通过高温还原羟基铁柱撑蒙脱石得到零价铁柱撑蒙脱石修复材料，其制备方法主要包括：（1）钠基蒙脱石的制备；（2）聚羟基铁柱化液的制备；（3）羟基铁柱撑蒙脱石的制备：（4）在氢气和氮气的混合气氛中通过高温还原煅烧得到零价铁柱撑蒙脱石修复材料。本发明所制备的零价铁柱撑蒙脱石修复材料能应用于去除难降解的有机污染物，有机物被过一硫酸盐（PMS）降解为小分子有机物。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，具体涉及一种零价铁柱撑蒙脱石修复材料及其制备方法与应用。

背景技术

溴代阻燃剂（BFRs）作为目前全球消耗量最大的有机阻燃剂，被广泛地应用于塑料、纺织品、电路板等易燃物中，降低其可燃性。溴代阻燃剂主要包括四溴双酚 A（TBBPA）、多溴联苯醚（PBDEs）、多溴联苯（PBBs）和六溴环十二烷（HBCD）。其中，TBBPA阻燃性能好，合成工艺简单，是应用最广泛的溴代阻燃剂，使用量占全球的59%，在亚洲地区则高达76%。TBBPA具有亲油性、生物富集性、持久性、长程大气迁移性等特性，已在大气、水体、土壤、水生生物、人体血液及母乳中检测出来，甚至在远离产地和使用地的北极熊体内也能检测出TBBPA。TBBPA具有与甲状腺素相似的结构，具有免疫毒性、甲状腺干扰效应、雌激素干扰效应等，是一种潜在的内分泌干扰物，对人们的生存环境和身体健康的负面影响已引起了全球的广泛关注。

根据降解 TBBPA 的作用原理不同，TBBPA 的降解技术主要有微生物降解技术、物理方法和化学降解技术。关于TBBPA的氧化降解技术主要分为类 Fenton 法氧化、光催化氧化、催化后的硫酸根自由基氧化、金属氧化物氧化以及它们之间相互组合的联合技术。目前，利用过硫酸盐活化产生的硫酸根自由基降解有机污染物正在成为一类新型的高级氧化技术。过硫酸盐比较稳定,在常温下反应速率较慢,对有机物的降解效果不好。但在热、光和过渡金属离子等条件下,过硫酸根离子活化分解产生强氧化性SO₄^·-,被广泛应用于废水、地下水及土壤中的有机污染物的治理。过一硫酸盐主要以2KHSO₅·KHSO₄·K₂SO₄三盐化合物的形式存在,商品名为Oxone,是一种用途广泛且环境友好的酸式过氧化物氧化剂。

蒙脱土是一种 2:1 型的层状硅酸盐矿物，它的立体结构是一个硅氧四面体骨架。天然蒙脱土主要钠基蒙脱土、钙基蒙脱土的形式存在。蒙脱土是在自然中形成的，主要由基性火成凝灰岩在自然环境中风化而成，火山灰被分解之后产生的物质，并且斑脱岩、皂土和漂白土这三种矿物其组成部分也大多是蒙脱土。蒙脱土在我国资源丰富，储量大，分布地广，属于非常廉价易得的一种矿物，在冶金、机械、化工、石油、环保等领域应用广泛。

纳米零价铁（nZVI）是指粒径大小在 1~100 nm 范围内的Fe⁰颗粒。随着颗粒粒径的减小，纳米颗粒的比表面积和表面活性也迅速增大。纳米零价铁化学性质活泼，电负性比较大，电极电位为 -0.44 V，还原能力很强，能还原多类重金属污染物；其有电化学特性，纳米零价铁还具有微电解作用；其在氧化过程中会生成絮状沉淀（氢氧化铁和氢氧化亚铁等），纳米零价铁还具有混凝吸附作用。纳米零价铁作为一种快速、高效、低成本的修复材料，在饮用水处理、污染土壤及地下水修复等领域得到了广泛的应用，能处理多种有机污染物及重金属污染。

已有研究中利用零价铁修饰蒙脱石的方法多采用化学还原法（硼氢化钠）制备零价铁颗粒，从而拓宽蒙脱石在环境污染修复领域内的应用。同时零价铁修饰蒙脱石的应用主要集中在吸附处理重金属污染废水及还原降解有机污染物，而作为催化剂活化过硫酸盐去除难降解有机物的报道非常少。基于零价铁的强还原能力以及硫酸根自由基的强氧化能力，零价铁柱撑蒙脱石复合材料可以作为高效催化剂活化过一硫酸盐产生硫酸根自由基，实现同步还原及氧化降解难降解有机污染物的目的。零价铁柱撑蒙脱石技术的开发和应用对难降解有机污染物废水的处理具有重大的现实意义。

发明内容