[发明专利]一种硫化螯合态零价铁及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硫化螯合态零价铁及其制备方法和应用，属于重金属污染修复技术领域，解决传统零价铁易团聚和氧化铁膜电阻高的技术问题。本发明公开的一种硫化螯合态零价铁，采用含氮化合物螯合二价铁离子，并将NaBHsubgt;4/subgt;溶液加入混合溶液形成螯合态零价铁，然后采用硫化剂对螯合态零价铁硫化，最终形成非晶态的硫化螯合态零价铁，与传统的零价铁相比，螯合态零价铁更易于提供电子，有效解决团聚问题，且在制备过程中使用硫酸亚铁在螯合态零价铁颗粒的外部包裹了一层硫化铁膜，克服了传统零价铁材料的缺陷，因此该类材料具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于重金属污染修复技术领域，具体涉及一种硫化螯合态零价铁及其制备方法和应用。

背景技术

人类活动导致环境中重金属数量不断增加，如农药和化肥的施用、工业残留物的不当堆放、化学制造、金属电镀、制革和污水灌溉等行业的发展。重金属可通过多种途径在环境中积累，由于其具有长期持久性、生物累积性和生物放大性等污染特征，即使在远离污染源的地方重金属也会通过食物链产生毒性作用。举例说明，进入淡水生态系统的重金属最终被吸附到沉积物中，进而在底栖生物体内发生生物累积，随着食物链进入人体。土壤中的重金属会被农作物吸收，最终危害人类健康。由于重金属的潜在毒性及其对生物的危害，重金属污染及其治理引起了全球广泛关注。

近年来，零价铁(ZVI)在地下水修复、土壤修复和废水处理中崭露头角。当零价铁材料与不同类型的污染物接触，如重金属、卤代有机化合物、抗生素、偶氮染料和硝酸盐等，上述污染物获得由ZVI释放出来的电子发生还原反应，从而快速、高效地从环境介质中去除，达到净化的目的。

然而，当ZVI实际应用时，无论是在水体环境还是土壤环境中，目标污染物的降解速率都显著降低，需要投加大量的材料才能达到净化的目的，以致处理成本增加。这是由于零价铁尺寸通常为纳米级、磁力大，从而使其具有超高的表面能，导致ZVI易于聚集成团，造成反应活性差和处理效率低等严重问题。此外ZVI在空气中容易被氧化，在其表面形成一层致密的氧化铁膜，其破坏在于：氧化铁膜电阻高，截留了由ZVI释放出来的电子，使得环境介质中的污染物难以获得电子发生还原反应。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硫化螯合态零价铁及其制备方法和应用，用以解决传统零价铁易团聚和氧化铁膜电阻高的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种硫化螯合态零价铁的制备方法，包括以下步骤：

将硫酸亚铁、含氮化合物和水混合后搅拌，得到混合溶液；将NaBH₄溶液、硫化剂依次加入混合溶液中反应，进行固液分离、清洗、真空冷冻干燥后，得到一种硫化螯合态零价铁。

进一步地，所述硫酸亚铁、含氮化合物和水的用量比为(3.5～5.2)g：(4～6)mL：(200～300)mL；搅拌时间为5～15min。

进一步地，所述含氮化合物为为N,N-二甲基甲酰胺。

进一步地，所述硫化剂包括三嗪三硫醇三钠盐水合物、硫代硫酸钠或连二亚硫酸钠。

进一步地，所述NaBH₄溶液的中溶质为硼氢化钠，溶剂为水，硼氢化钠和水的用量比为(4～5)g:(75～100)mL。

进一步地，所述NaBH₄溶液、硫化剂和混合溶液的用量比为(75～100)mL：(3.5～4.0)g：(200～300)mL。

进一步地，反应时间为15～20min，真空冷冻干燥在-60～-50℃下进行。

本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的一种硫化螯合态零价铁。