[发明专利]一种负载型纳米零价铁的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种负载型纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：(1)在氮气气氛下，将铁盐溶液与生物炭混合，混合过程中持续搅拌；(2)在氮气气氛下，边搅拌边往混合物料中滴加硼氢化钠溶液，反应后，用无水乙醇洗涤三次，再用磁铁收集沉淀物，将沉淀物干燥、研磨得到负载型纳米零价铁。本发明还公开了上述方法制得的负载型纳米零价铁作为稳定剂在底泥重金属污染修复方面的应用。本发明通过在反应过程全程通入氮气以及对反应后初产物的处理，有效防止了纳米零价铁制备过程中极易被氧化的问题；通过对硼氢化钠溶液滴加量和滴加速度的控制，有效控制了生成的纳米零价铁的粒径，从而有效提高了终产物对底泥中重金属的稳定性；通过对纳米零价铁与生物炭质量比以及搅拌转速的控制，有效实现了纳米零价铁均匀分散在生物炭上，且实现了更多的纳米零价铁被包覆在生物炭孔隙中，从而提高使用过程中纳米零价铁稳定性。

技术领域

本发明涉及一种负载型纳米零价铁的制备方法，还涉及上述方法制得的负载型纳米零价铁作为稳定剂在底泥重金属污染修复方面的应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，镉污染已成为世界瞩目的公共问题之一。工业“三废”的违规排放造成饮用水源污染的事件时有发生，底泥作为污染物的“汇”和“源”，是水环境的重要组成部分。一旦重金属进入水中，大约90％的重金属可通过吸附、络合、沉淀等作用沉积在底泥表面，导致底泥中重金属浓度远高于水体。底泥中重金属的不断累积不仅对沿河居民饮用水安全、水生生物和农田灌溉构成严重威胁，还可通过食物链传递对人类健康产生不利影响。

目前，国内外许多学者已开展了对重金属污染底泥修复方法的研究，如底泥疏浚、原位掩蔽及稳定化技术，其中稳定化技术具有投资成本低、修复快速、操作简便等特点，对大面积中低度底泥污染的修复具有较好的优越性，现已成为底泥重金属污染修复的研究热点。对于该修复技术来说，稳定剂的选择非常重要。随着环境纳米技术的发展，利用铁系纳米材料作为稳定剂以解决重金属污染问题逐渐成为研究的热点。纳米零价铁因具有高效分离、固定重金属的潜能而受到广泛关注，成为最早被工程化应用于环境修复的纳米材料之一。纳米零价铁有着独特的纳米级核-壳结构，其核为Fe⁰可充当电子源并发挥还原特性，壳为铁氧化物可通过静电作用及表面络合作用促进污染物的吸附。虽然纳米零价铁在解决重金属污染问题上表现出优越的性能，但因纳米零价铁粒径小及颗粒间的磁性引力和范德华力等作用，纳米零价铁易于团聚，进而降低了其与污染物的接触面积。且纳米零价铁颗粒易与周围的介质(比如溶解氧、水)发生反应，容易被氧化，从而降低了其反应活性。因此需要对其进行改性处理从而解决其易于团聚的问题。现有技术中公开了将生物炭和纳米零价铁制备成复合材料而克服其易于团聚的问题，但现有制备生物炭纳米零价铁复合材料的方法存在制备过程繁琐，在制备过程中纳米零价铁易被氧化以及纳米零价铁无法均匀分散在生物炭上。

发明内容

发明目的：本发明目的旨在提供一种在制备过程中能有效防止纳米零价铁氧化且能实现纳米零价铁均匀分散在生物炭上的负载型纳米零价铁的制备方法。本发明另一目的是提供上述方法制得的负载型纳米零价铁作为稳定剂在底泥重金属污染修复方面的应用。

技术方案：本发明所述的负载型纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)在氮气气氛下，将铁盐溶液与生物炭混合，混合过程中持续搅拌；

(2)在氮气气氛下，边搅拌边往混合物料中滴加硼氢化钠溶液，反应后，用无水乙醇洗涤三次，再用磁铁收集沉淀物，将沉淀物干燥、研磨得到负载型纳米零价铁。

由于铁盐溶液是用超纯水配的，超纯水中也含有氧气，步骤(1)中通氮气是为了去除水中的氧气，保证nZVI不被氧化，因此整个制备过程均处在氮气氛围中能够有效防止生成的纳米零价铁被氧化。

其中，步骤(1)中，铁盐溶液为氯化铁溶液，铁离子浓度为0.02M～0.18M。

其中，步骤(1)中，铁离子与生物炭的质量关系比为：0.112～1.008:1；即对于每克生物炭，铁离子的加入量为0.112～1.008g。