[发明专利]一种硫化改性零价硅复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种硫化改性零价硅复合材料及其制备方法与应用，所述硫化改性零价硅复合材料由零价硅和单质硫粉直接球磨得到，为具有核壳结构的球体，内核为零价硅，外壳为硅硫化合物，粒径为微米级。本发明提供的硫化改性零价硅复合材料还原能力强，对废水中重金属离子Cu(II)，Cd(II)，Pb(II)，Zn(II)处理效率高，投加量少，耗时短，选择性好，且同时适用于酸性和碱性环境处理，普适性强，得到的含重金属沉淀稳定性好，具有大规模工业化应用价值，经济效应高。

技术领域

本发明属于重金属或重金属化合物污染的废水的处理技术领域，具体涉及一种硫化改性零价硅复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

人类社会活动所排放的工业废水和矿山废水中含有大量高毒性、生物累积性和致癌性的有害物质，根据世界卫生组织报道，全球范围内有数亿人的饮用水受到严重的化学污染和危险废物污染的威胁，其中较为典型的污染物是重金属。

废水中较为常见的重金属离子主要有Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)、Zn(II)等。有害重金属元素通过直接饮用、呼吸道和皮肤等途径进入人体，并主要存留在肝脏、肾脏、脑等器官组织，过量时则对这些人体器官造成毒害，严重时造成功能损害直至完全丧失。例如人体内铜Cu(II)过量时会引起胃溃疡、肝和肾脏损伤，严重时大脑损伤甚至是致人死亡。镉Cd(II)是一种公认的致癌重金属，能引起人体器官病变，抑制酶系统，引起糖尿、肺炎等症状，甚至造成死亡。当人体内的镉含量达到一定的程度，会直接损伤肾小管，导致糖尿、蛋白尿、氨基酸尿，并使尿钙和尿酸的排出量增加，引起肾功能不全，最终引发“骨痛病”。铅Pb(II)可通过消化道、呼吸道和皮肤进入人体，并在神经、造血、消化、心血管、肾脏及免疫等组织中不断累积，引发末梢神经炎、贫血、肝细胞损伤、自主神经功能失调、铅性肾病、免疫能力降低等疾病。锌Zn(II)在人体内超过一定量会降低人体免疫力，出现腹痛、呕吐、肝肾功能衰竭的情况。

从全球来看，目前仅仅只有20％的废水经过处理后排放，未经处理的废水将污染物带到大自然中污染天然水体，同时进一步威胁着人类的健康。传统的碱中和工艺在处理酸性较强的废水时会消耗大量碱，也产生大量沉淀泥，这些碱沉淀泥的进一步处理又会面临很多挑战。因此，研发出一种简单便捷经济的处理方法能从源头上降低废水中重金属离子浓度，且能净化受重金属离子污染的天然水体，具有非常重大的意义。

零价硅因比表面积大、还原电势高(E_H⁰＝-0.807V)等优势在重金属离子污染水体的去除中具有较大优势。从原料来源角度来看，硅作为地壳中储量第二丰富的元素，合理利用处理环境问题是值得期待的，且就全球硅元素丰度而言也不会对环境造成二次污染。但零价硅在具有高还原活性的同时也会使表面形成低活性的硅氧化合物导致内部零价硅还原活性无法体现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硫化改性零价硅复合材料及其制备方法与应用，所述硫化改性零价硅复合材料还原活性高，对废水中重金属离子Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)、Zn(II)有强力的选择去除作用，尤其是在酸性溶液中能够保持优异的重金属去除能力，实用性强。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种硫化改性零价硅复合材料，其由零价硅和单质硫粉直接球磨得到，为具有核壳结构的球体，内核为零价硅，外壳为硅硫化合物，粒径为微米级。

按上述方案，所述零价硅粒径为微米级。

按上述方案，所述单质硫粉粒径为微米级。

按上述方案，所述零价硅与单质硫粉摩尔比为1：0.02～0.7。优选的是，所述零价硅与单质硫粉摩尔比为1：0.3。

本发明还包括上述硫化改性零价硅复合材料的制备方法，具体步骤如下：

1)按比例称取原料，备用；