[发明专利]实现零价铝持续活化的铝铁碳复合材料的制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种实现零价铝持续活化的铝铁碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将铝粉、铁粉、活性炭和球磨珠置于球磨罐中，密闭抽真空后，于惰性气氛下球磨处理，得到铝铁碳复合材料。本发明还提供了铝铁碳复合材料在去除废水中污染物的环境修复应用。该铝铁碳复合材料进入溶液中，铝碳、铁碳之间构成大量的微观腐蚀原电池，活性炭表面发生水解反应形成局部碱性环境，在伽伐尼阴极效应作用下促进零价铝的活化并保持反应活性，可快速有效去除水中污染物。本发明制得的铝铁碳复合材料对环境友好，应用场景广，反应活性强且能持续溶出输出电子不发生钝化现象，还具有原料来源广泛且成本低廉、制备方法简单、去除速率快的优势，易于工程化应用。

技术领域

本发明属于水污染处理技术领域，具体涉及一种实现零价铝持续活化的铝铁碳复合材料的制备方法，还涉及一种实现零价铝持续活化的铝铁碳复合材料在去除废水中污染物中的应用。

背景技术

零价金属铝是地壳中丰度最大的金属材料，具有极高反应活性(标准氧化还原电位-1.67V)、廉价质轻、对环境友好等特质，相较于零价铁而言更具有环境应用潜力。然而铝粉表面致密的氧化层阻碍电子释放，极大限制了零价铝的反应活性，导致零价铝在近中性条件下对污染物的去除效率极低。目前常用的去除零价铝氧化膜的方式有酸洗以及机械处理，但处理后的材料通常仍需在强酸性或强碱性条件下(pH4或者pH10)才能持续保持活性，且酸洗及含添加剂机械处理方式易造成环境二次污染。此外，经过处理后的零价铝金属表面与环境介质发生反应，又会进一步产生氧化层，致使材料二次钝化。零价铝表面氧化层是阻碍其在环境修复应用中最大的瓶颈。

基于此，研究开发一种能够实现零价铝活化并去除氧化层，使零价铝持续保持反应活性的技术，具有极为重要的意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够实现零价铝持续活化的铝铁碳复合材料的制备方法。

本发明的目的之二在于提供一种实现零价铝持续活化的铝铁碳复合材料在去除废水中污染物中的应用。

本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种实现零价铝持续活化的铝铁碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将活性炭、铝粉、铁粉和球磨珠置于球磨罐中，密闭抽真空后，于惰性气氛下进行球磨处理，得到铝铁碳复合材料。

本发明提供的铝铁碳复合材料的制备方法，利用铝、铁、碳三种材料的协同作用，采用球磨处理的工艺，实现了铝金属的去钝化和持续提供电子。其中，碳材料提供了伽伐尼阴极效应保证铝的碱性溶出，还提供了高选择性还原硝酸盐为氮气的阴极。铁粉的加入能够带来以下优势：其一，金属铁的硬度较高，有利于助磨，铝和铁表面均产生摩擦，破坏表面氧化膜；其二，铁与碳也能够成腐蚀原电池，有利于活性炭表面局部碱性上升，促进铝的活化，从而促进硝酸盐的选择性还原。

进一步的，所述活性炭选自椰壳活性炭、木质活性炭、果壳活性炭以及煤质活性炭的一种或多种的组合，此类活性炭材料具有较大的比表面积和丰富的官能团。

进一步的，所述铝粉的纯度为95～99％，粒径为50～2000目。所述铁粉的纯度为95～99％，粒径为50～1000目。在本发明中，过小粒径的金属粉末储存和运输过程存在风险，过大粒径的金属粉末比表面积较小，反应活性较低。

进一步的，所述铝粉、铁粉、活性炭的质量比为1：(0.2～5)：(1～10)。其中，碳和铝的用量比，会影响原电池的构建以及局部碱性的形成；铝铁的用量比也会影响局部碱性，还会对铝的初期活性带来影响。优选地，所述铝粉、铁粉、活性炭的质量比为1：(1～5)：5，经研究发现，控制原料比例在上述范围内，能够确保铁铝碳复合材料中铝实现活化和持续溶出以及更高的氮气选择性。

进一步的，所述球磨珠与材料投加量的质量比为(10～100):1。球磨珠的材质选自氧化锆、玛瑙、刚玉、不锈钢中的一种或多种，球磨珠的粒径为6～20mm。