[发明专利]纳米零价铁填料、其制备方法及在反硝化脱氮中的应用

说明书

本发明涉及纳米零价铁填料、其制备方法及在反硝化脱氮中的应用，属于环境污染治理技术领域。本发明公开了一种纳米零价铁填料的制备方法包括：选取适量聚乙烯填料放入300～500g/L的NaOH溶液中，以聚乙烯填料被NaOH完全浸没为准，浸泡24～72h后取出，用去离子水冲洗至冲洗液呈中性为止，取出后，60～90℃烘干；将预处理后的聚乙烯填料置入硫酸亚铁溶液中，混匀、浸泡；再加入茶多酚溶液，混匀、浸泡；取出填料后用去离子水冲洗，烘干后，获得纳米零价铁填料。本发明以模拟生活污水为处理对象，将纳米零价铁填料投加于A/O/‑MBR反应器的好氧池，运行130d后，出水中硝态氮的浓度为5.8～8.9mg/L，总氮去除率达73.5％～82.4％，过程友好，无二次污染。

技术领域

本发明涉及纳米零价铁填料、其制备方法及在反硝化脱氮中的应用，属于环境污染治理技术领域。

背景技术

近年来，随着我国人民生活水平的提高及生态文明建设的逐步推进，城镇污水排放标准日益严格，氮素超标已成为实现市政污水达标排放的重要制约因素之一。通常，传统的污水生物脱氮过程包括两个步骤，首先在好氧条件下将污水中的氨氮通过硝化作用转化成硝态氮，再在缺氧条件下将硝态氮通过反硝化作用转化成氮气，实现脱氮。研究表明，污水中氨氮的去除较易实现，其去除率通常在90％以上，而硝态氮通过反硝化作用转化为氮气的过程则易受环境因素的影响，包括碳源、温度、有毒物质等，是传统生物脱氮过程的限制步骤，导致硝态氮积累，出水总氮无法达标排放。因此，如何提高污水处理系统的硝态氮去除效果，已受到相关学者的广泛关注。

纳米零价铁作为一种很强的还原剂，被广泛用于污水中营养元素(氮和磷)、重金属(Cr、As、Cu、Pb等)、氯代有机污染物、抗生素等污染物的还原降解。以纳米零价铁为电子供体，还原去除污水中的NO₃^--N，其去除率在90％以上，去除效果良好。然而，纳米零价铁在制备、储存及使用过程中易发生团聚和氧化，降低其与污染物间的电子转移效率，难以充分发挥作用。采用表面化学改性、掺杂惰性元素(N、Si、Cu)及自身氧化形成“核-壳”结构等方法，可提高纳米零价铁的抗团聚和抗氧化性能，但均存在效果不理想，制备或改性过程复杂，带来二次污染等问题。

发明内容

本发明提供了一种纳米零价铁填料制备的方法，利用从植物中提取的茶多酚为还原剂，一步法制备纳米零价铁，形成的“核-壳”结构可保护其核心的纳米零价铁不被氧化，也不易团聚，操作简便，过程环保。

本发明的第一个目的是提供一种纳米零价铁填料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)聚乙烯填料的预处理步骤：取适量聚乙烯填料放入300～500g/L的NaOH溶液中，以聚乙烯填料被NaOH溶液完全浸没为准，浸泡24～72h后取出，用去离子水冲洗至冲洗液呈中性为止，取出后，60～90℃烘干。

(2)将预处理后的聚乙烯填料置入硫酸亚铁溶液中，混匀、浸泡；

(3)再加入茶多酚溶液，混匀、浸泡；

(4)取出填料后用去离子水冲洗，烘干后，获得纳米零价铁填料。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中聚乙烯填料与亚铁离子的质量比为10～50：1。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中聚乙烯填料与亚铁离子的质量比为20：1。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)的混合体系在反应前亚铁离子与茶多酚的质量比为0.2～0.8：1。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中，硫酸亚铁溶液中亚铁离子的浓度为1～5g/L，硫酸亚铁溶液的用量以浸没聚乙烯填料为准。

在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中的浸泡时间为30～60min，温度为40℃～70℃。