一种生物表面活性剂改性纳米铁/炭复合材料的制备方法及其去除地下水中硝态氮的用途技术

本发明专利技术属于地下水污染修复领域，具体公开了一类生物表面活性剂改性纳米铁/炭及其制备方法和用途，生物表面活性剂改性纳米铁/炭既能减少纳米铁的团聚、提高分散稳定性，又不造成二次污染的目的。本发明专利技术采用茶皂素、无患子皂苷、鼠李糖脂三种生物表面活性剂对纳米铁进行改性并附着在活性炭上，去除水中NO3--N。通过批试验、沉降试验、迁移试验分析其对纳米铁/炭复合材料的改性作用及对NO3--N去除效率的影响，为应用在地下水污染修复中提供新思路和新方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种生物表面活性剂改性纳米铁/炭复合材料的制备方法 及其去除地下水中硝态氮的用途
：本专利技术属于地下水污染修复领域，具体公开了一类生物表面活性剂改 性纳米铁/炭及其制备方法和用途
技术介绍
： 由于农业氮肥的过量使用、含氮工业与生活废水的不达标排放、固体废物淋滤下 渗等原因，造成地下水中硝酸盐污染严重（毕晶晶等，2010)。欧盟环境署在2003年调查发 现：西班牙有80%、英国有50%、德国有36%、法国有34%、意大利有32%的地下水体中硝 酸盐氮浓度的平均值大于25mg/L(Buss S et al.，2008)。在比利时、埃及等国家过量使用 氮肥50-75Kg/ha(V. G.Mineev et al.，2015)。在我国，超过一半地区浅层地下水遭到硝酸 盐氮的污染，严重影响地下水水质（李发东等，2013)，而农业生产过程中，氮肥的平均利用 率不到40% (张青松等，2010)，是造成地下水硝酸盐污染的主要原因。 地下水中Ν03 -Ν(Ν03 -N，即硝态氮，指硝酸根中的氮元素）的去除方法大致分为化 学、物理化学、生物处理三种（毕晶晶等，2010)。应用最多的是物理化学方法，其中零价纳 米铁由于来源广、表面积大、强氧化性（Michelle Dickinson et al.，2015)等优点得到广 泛的研究，但是在场地修复中发现纳米铁容易团聚、氧化（Danlie Jiang et al.，2014)，限 制其在地下水中的应用，因此需对纳米铁进行改性。 有现有技术采用分散剂对纳米铁进行表面改性，分散剂可以包覆在纳米铁表面， 有效地减少其团聚及氧化，目前采用较多的是聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚丙烯酸（PAA)、 淀粉、駿甲基纤维素钠等（Michelle Dickinson et al·，2015 ;Jiemvarangkul P et al.，2011)。Pijit Jiemvarangkul等人采用PVP、PAA以及大豆蛋白等三种聚合电解质 对纳米铁进行改性，明显提高了其稳定性及迀移能力，增大了地下水污染修复的反应区域 (Jiemvarangkul P et al.，2011)。其缺点是往地下水中引入化学表面活性剂可能会造成 潜在的污染风险。 现有技术也有采用在纳米铁上负载其他金属，构成双金属结构的方法，对纳米铁 进行表面改性。这样既能减少纳米铁的氧化，又能构成微电解结构，提高反应活性，目前研 究最多的负载金属为Pd、Cu、Pt等（刘向文等，2014)。S. Mossa Hosseini等人在纳米铁 表面负载金属铜构成纳米Fe/Cu颗粒，发现添加 2. 5% Cu的Fe/Cu颗粒在与N03 -N反应 200min后仍有较高的去除效率，说明纳米铁的表面形成一层铜的氧化物保护膜，防止纳米 铁被氧化（Ataie-Ashtiani B et al.，2011)。其缺点是往地下水中引入重金属可能会造成 污染风险。 生物表面活性剂由于具有较强的分散性能，又容易被微生物降解，被应用于食品、 化妆品、农业和石化等行业（Morteza Abbasia et al.，2014;余晓倩等，2015)，但是将其应 用在地下水污染修复中研究还比较少见。
技术实现思路
为了达到既能减少纳米铁的团聚、提高分散稳定性，又不造成二次污染的目的，本 专利技术采用生物表面活性剂对纳米铁进行改性。纳米铁吸附在活性炭上，为纳米铁碳复合材 料，即纳米铁/碳复合材料。 本专利技术具体采用茶皂素、无患子皂苷、鼠李糖脂三种生物表面活性剂对纳米铁进 行改性并附着在活性炭上，去除水中N03 _N(硝态氮）。通过批试验、沉降试验、迀移试验验 证其对纳米铁/炭复合材料的改性作用及对硝态氮去除效率的影响，为应用在地下水污染 修复中提供新材料和新方法。 茶皂素是从油籽茶饼中提取出的产品，其基本结构是由糖体、有机酸和配基组成 的，属于五环三萜类皂甙，其中甙元是β-香树素的衍生物，是一种天然表面活性剂（熊道 陵等，2015)。 无患子果实的主要化学成分为无患子皂苷，为天然的非离子型表面活性剂（黄素 梅等，2009)。 鼠李糖脂是一种生物型阴离子表面活性剂，目前研究最多的是从假单胞菌中提 取，同时也是一种应用技术最为成熟、研究时间最长的生物表面活性剂（吴虹等，2007)。 本专利技术所述的生物表面活性剂改性纳米铁/炭复合材料，为采用液相还原法制备 纳米铁，并将其负载在活性炭上构成纳米铁/炭复合材料。 本专利技术提供了一种制备生物表面活性剂改性纳米铁/炭复合材料的方法，包括以 下步骤：（1)将生物表面活性剂溶于乙醇溶液； (2)将七水合硫酸亚铁溶于步骤（1)所得溶液后，加入硼氢化钠，混合； (3)将活性炭加入步骤⑵所得溶液，混合； (4)将步骤⑶所得溶液洗涤，得改性纳米铁/炭复合材料；其中，所述生物表面 活性剂为：鼠李糖脂、茶皂素或无患子皂苷； 进一步的，硼氢化钠、七水合硫酸亚铁、活性炭投料量的重量比值为9:25:2 ;生物 表面活性剂的投料量，以质量百分比计，为七水合硫酸亚铁、硼氢化钠和活性炭的投料量之 和的 0· 1% -3%，优选为 0· 1% -1. 5%，包括：0· 1%、0· 4%、0· 7%、1%或 1. 3%等。 鼠李糖脂的投料量，优选为为七水合硫酸亚铁、硼氢化钠和活性炭的投料量之和 的0. 7% ;无患子皂苷的投料量，优选为七水合硫酸亚铁、硼氢化钠和活性炭的投料量之和 的〇. 7% ;茶皂素的投料量，优选为为七水合硫酸亚铁、硼氢化钠和活性炭的投料量之和的 1%〇 同时，本专利技术还提供了上述方法制备得到生物表面活性剂改性纳米铁/炭复合材 料产品，以及该产品用于去除地下水中硝态氮的用途； 该产品的保存期限为0-24小时，优选为0-6小时。其存放介质包括空气、水或无 水乙醇，优选为无水乙醇。 本专利技术还具体公开了一种制备上述生物表面活性剂改性纳米铁/炭复合材料的 方法，包括以下步骤： (1)取140mL除氧超纯水和66mL无水乙醇，混合形成醇水体系并转移至三口烧瓶 内，将烧瓶固定于电动搅拌器上，启动搅拌器并调节转速至500rpm(转/分钟），得醇水体 系；将生物表面活性剂溶于得到的醇水体系； (2)称取1. 8g硼氢化钠固体，溶解于10ml脱氧水中，备用；取5g七水合硫酸亚铁， 溶于步骤（1)所得溶液，待完全溶解后，利用加料器以20ml/min速度向烧瓶中匀速加入硼 氢化钠溶液。搅拌lOmin，向烧瓶中倒入0. 4g活性炭后继续搅拌20min ; (3)将步骤（2)所得的纳米铁/炭复合材料先用无水乙醇洗涤3次，再用脱氧去离 子水洗涤2次后保存于无水乙醇中； 其中所述容器、溶液在使用前均用氮气吹脱除氧，活性炭为经过研磨过筛后粒径 为75 μ m的颗粒状分析级煤质炭； 其中，所述生物表面活性剂为：鼠李糖脂、茶皂素或无患子皂苷，其投料量以重量 百分比计，为七水合硫酸亚铁、硼氢化钠和活性炭的投料量之和的0. 1 %、0. 4%、0. 7 %、1 % 或1. 3% ;硼氢化钠、七水合硫酸亚铁、活性炭投料量的重量比值为9:25:2。 生物表面活性剂对纳米铁、纳米铁/碳复合材料的性能的提高有着重要作用。本 专利技术投加〇. 7%鼠李糖脂改性的纳米铁/炭复合材料在反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备生物表面活性剂改性纳米铁/炭复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将生物表面活性剂溶于乙醇溶液；(2)将七水合硫酸亚铁溶于步骤(1)所得溶液后，加入硼氢化钠，混合；(3)将活性炭加入步骤(2)所得溶液，混合；(4)将步骤(3)所得溶液洗涤，得改性纳米铁/炭复合材料；以质量百分比计，生物表面活性剂的投料量为七水合硫酸亚铁、硼氢化钠和活性炭的投料量之和的0.1％‑3％，其中硼氢化钠、七水合硫酸亚铁、活性炭投料量的重量比值为9:25:2；所述生物表面活性剂为：鼠李糖脂、茶皂素或无患子皂苷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国，高阳阳，夏蕾，陈春梅，陈政阳，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51