[发明专利]一种纳米零价铁负载材料及其制备方法和污水中六价铬的净化方法

说明书

本发明属于水处理领域，尤其涉及一种纳米零价铁负载材料及其制备方法和污水中六价铬的净化方法。本发明提供的纳米零价铁负载材料包括腐殖酸和负载在腐殖酸表面的纳米零价铁粒子。本发明以腐殖酸作为纳米零价铁的载体材料，其具有碳材料的性质，可为纳米零价铁提供强有力的附着位点，有效的避免纳米零价铁之间的团聚；而且腐殖酸对金属离子具有较强的吸附能力，能够减少零价铁在还原六价铬过程中铁离子的氧化溶出，同时也能对被还原的三价铬进行吸附，从而极大的降低污水中残余铁离子和铬离子的浓度。而且相比于传统纳米零价铁颗粒，本发明提供的纳米零价铁负载材料的粒径相对较大，更容易从水体中分离回收。

技术领域

本发明属于水处理领域，尤其涉及一种纳米零价铁负载材料及其制备方法和污水中六价铬的净化方法。

背景技术

重金属造成的水体污染是一个非常普遍并且严重的问题，在重金属污染中六价铬是最常见的一种，它主要产生于工业污染，比如电镀漂洗废水、制革废水、以及金属加工废水等。铬是一种重金属，常见的价态为+2、+3和+6，在水环境中主要是以+3和+6价的形式存在，其中，Cr(VI)的毒性是Cr(III)的100倍，六价铬Cr(VI)被认为具有毒性和致癌性，并可能导致哮喘，内出血，皮炎，肾脏和肝脏损害以及恶心等一些健康问题。

目前，对于六价铬的去除主要有物理、化学和生物方法。物理法处理六价铬包括离子交换、膜过滤、吸附等方法，其中离子交换和膜过滤的成本昂贵，一般只应用在特殊场合。因此物理处理方法中主要以吸附为主，但物理吸附仍具有吸附容量有限的缺点，同时对于某些难得的原料，其处理成本会显著增加。生物修复过程为将有害污染物转化为无毒化合物，并且具有能源需求低、操作成本低、对环境和健康无害以及效率高、可重复使用和金属回收等优点，目前已经能够还原六价铬的微生物包括好氧细菌、厌氧细菌以及部分真菌，即使这样目前已发现能够对六价铬进行处理的微生物种类较少，处理六价铬的浓度低，因而在实际应用中往往受到限制。化学法是目前常用的去除六价铬的主要手段。化学修复是使用化学品将Cr(VI)还原为Cr(III)，常用的化学品有：二氧化硫、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、氯化亚铁等。采用以上物质进行六价铬修复时，易产生大量的剩余污泥，剩余污泥的管理、运输和最终处置以及相关成本方面存在困难。化学法进行处理的时候可以采用电化学方法处理，如电溶解、电絮凝等方法，但这类方法对六价铬的去除不甚理想，并且对电极和pH要求较高。在所有的方法中，纳米零价铁作为一种新兴的六价铬的处理手段正在被广泛研究。

纳米零价铁处理六价铬的主要原理是吸附还原沉淀，还原沉淀似乎能最大限度降低六价铬毒性的方法，因为它的能够在极短的的时间将六价铬还原成成三价铬，继续将三价铬吸附，在有限的时间内控制了六价铬毒性的蔓延。在还原方法中，纳米零价铁(nZVI)是用于废水原位修复的最有效材料之一。与传统的零价铁(ZVI)颗粒相比，nZVI具有更高的比表面积、更强的表面活性和广泛的适用性。nZVI被广泛用于原位修复受Cr(VI)污染的地下水，因为它比传统的ZVI，硫酸亚铁和多硫化钙成本更低，速度更快，效率更高且对环境更友好。

但由于纳米粒子具有较大比表面积和超高表面能，再加上范德华力和磁性能，nZVI粒子经常形成聚集体，从而大大降低了它们在受污染的地下水和土壤中的传播，当nZVI不与目标污染物接触时，经常会发生氧化，导致nZVI失活。此外利用纳米零价铁处理重金属六价铬时容易溶出铁离子，未溶出铁离子的纳米粒子在溶液中不易分离，容易导致处理后存在二次污染的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米零价铁负载材料及其制备方法和污水中六价铬的净化方法，本发明提供的纳米零价铁负载材料可高效去除水体中的六价铬，而且在除六价铬过程中不易溶出铁离子，并且在除六价铬结束后分离回收的难度较低。

本发明提供了一种纳米零价铁负载材料，包括腐殖酸和负载在所述腐殖酸表面的纳米零价铁粒子。

优选的，所述纳米零价铁粒子完全包裹所述腐殖酸的表面，形成零价铁层。

优选的，所述纳米零价铁粒子的直径为0.1～1nm。