[发明专利]一种用于水处理的负载型零价铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境污染控制新材料领域，尤其涉及一种用于水处理的负载型零价铁的制备方法。

背景技术

纳米零价铁在解决有机物污染、重金属污染和环境污染修复等一系列环境问题上表现出优越的性能。纳米零价铁还原活性很强，化学性质不稳定，易被氧化。但由于纳米零价铁颗粒自身的表面能的作用，易引起团聚，减少了纳米零价铁颗粒的吸附点位，与污染物有效接触面积减小，降解效率下降；同时，分散的纳米零价铁在废水中处理后难以固液分离。因此，开发纳米零价铁负载材料和技术对抑制纳米颗粒团聚、提高颗粒在环境中的稳定性和增强纳米零价铁对环境污染物的去除效率等方面有重要意义。综合近几年来的研究成果，将纳米零价铁颗粒负载到固体载体所用的载体有粘土、分子筛和活性炭等材料。活性炭相对较贵，沸石分子筛也是要通过人工合成，粘土类矿物需要看矿场含量，有些稀有矿物含量低分布地区少，需长途运输。

矿化垃圾是指在填埋场中填埋多年（在上海一般至少在8-10年以上，北方地区10年以上），基本达到稳定化，已可进行开采利用的垃圾。我国现有几十座卫生和准卫生城市生活垃圾填埋场和一般堆场，已填入或堆放垃圾几千万吨。当中的一些垃圾经8-10年的降解后，基本上达到了稳定化状态，因而被称为矿化垃圾。在上海市，这种矿化垃圾至少有4000万吨（老港垃圾填埋场2000万吨，市区和郊区历年来的堆场、江镇堆场等近2000万吨）。北京、天津、广州等城市所堆存的矿化垃圾估计也有几千万吨。因此这些矿化垃圾的资源非常充足，而且分布广，基本每个大城市都有垃圾填埋场，经过长时间降解，有些已经可以开采，可以认为是取之不绝用之不尽的新材料。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的纳米零价铁的载体的不足，提供一种用于水处理的负载型零价铁的制备方法。

本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：

1）将三价铁盐溶液在60~65℃水浴中搅拌，同时向溶液中滴加弱碱溶液，弱碱溶液能缓慢电离生成OH^-，最终生成的OH^-摩尔浓度和铁离子的摩尔浓度关系为：OH^-:Fe³⁺＝1：1~1：1.2，滴加完成后在60~65℃的相同水浴条件下继续搅拌2~2.5h，然后老化24h~48h，得到羟基铁柱撑液；

2）取上述羟基铁柱撑液，向其中加入干燥、粉碎过60~150目筛的填埋龄为8~15年的矿化垃圾，每克矿化垃圾所需上述羟基铁柱撑液的量为1~3mL，搅拌6~8h，老化24h~48h，用蒸馏水清洗沉淀物，105-120℃下烘3-4小时，碾磨制得粉末；

3）取上述粉末加入到去离子水中，每100mL去离子水加入上述粉末10~15g，在保护气体下搅拌，再在搅拌的粉末溶液中加入浓度为0.5~1mol/L的KBH₄或NaBH₄溶液，每克上述粉末加入KBH₄或NaBH₄溶液的量为3~5mL，持续搅拌30~40min；

4）分离上述溶液，用脱氧去离子水清洗，在保护气体保护下，60~70℃恒温干燥5~6h，即得到用于废水处理的负载型零价铁。

步骤1）中所述的三价铁盐溶液中Fe³⁺浓度为0.4~0.8mol/L，浓度过大会容易生成氢氧化铁沉淀，过小则浪费水，增大合成时候的水量。

步骤1）中所述的三价铁盐为水溶性三价铁盐，不然满足不了溶液中Fe³⁺浓度要求，包括FeCl₃或Fe(NO₃)₃。

强碱快速电离产生氢氧根会迅速和铁产生沉淀，导致失败，因此，步骤1）中所述的弱碱为Na₂CO₃。

步骤3）和4）中所述的保护气体为N₂。

步骤4）中所述的分离采用离心分离方式。

与一般土壤相比，矿化垃圾具有容重较小、孔隙率高、有机质含量高、阳离子交换容量（CEC）大、吸附和交换能力强的特点。特别是阳离子交换容量，矿化垃圾的阳离子交换容量更是高达0.068mol/100g以上，比普通的砂土高出数十倍（同济大学学报：自然科学版，第34卷第10期，1360页)。通过阳离子交换，在其表面负载的催化剂的量会比仅仅通过范德华力作用的活性炭等载体大。另外其孔隙率高，比表面积大，是一种理想的载体，将零价铁负载于矿化垃圾可以成为一种新型的有效的水处理剂。