改性纳米铁炭复合材料及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种水处理材料，具体为改性纳米铁炭复合材料及其应用，在装有搅拌器的三口烧瓶中加入醇水体系，搅拌加入鼠李糖脂并溶解，投加七水合硫酸亚铁，待溶解完全后加入硼氢化钠溶液，继续搅拌10min，加入活性炭与纳米铁，继续搅拌20min后将制备好的改性纳米铁炭进行多次醇洗、水洗，并最终保存在无水乙醇中。本发明专利技术提供采用鼠李糖脂对纳米铁进行改性，减小团聚，并将改性后的纳米铁负载在比表面积大、孔容大的活性炭上，形成改性纳米铁炭复合材料，进一步减小纳米铁团聚并增大材料粒径，提高其分散能力的同时减小对地下水环境的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水处理材料，具体为改性纳米铁炭复合材料及其应用。
技术介绍
氮肥的过量使用，废水灌溉等原因造成地下水中硝酸盐污染日益严重，饮用含有过高浓度的硝酸盐饮用水会在体内转换成亚硝酸盐，进而引发蓝婴儿病及高铁血红蛋白症，目前，去除地下水中硝酸盐主要采用原位修复法其中PRB(可渗透反应墙)凭借成本低廉，对生态环境干扰小，无需外加动力等优势应用最为广泛。当污染物流经PRB反应墙体时会与墙体中的活性材料发生物理，化学，生物等反应，从而达到去除污染物或降低污染物浓度目的。由于纳米铁具有反应活性强，表面积大等优点，常将其作为还原剂填料投加到反应墙体以去除各种污染物，通过模拟实验研究纳米铁在PRB中对Cd、Cu、Ni、Pb、Zn等重金属的去除效果，表明去除效率由高到低依次为Pb>Cu>Zn>Cd>Ni，通过采用包覆型纳米铁去除地下水中有机氯代烃，模拟柱运行120个孔隙体积时氯代烃去除率达85％。但是在具体应用时，纳米铁在PRB中容易团聚造成堵塞，并且容易发生钝化、腐蚀等，进而影响其去除效果。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种改性纳米铁炭复合材料，用在PRB中，不容易团聚堵塞。具体的技术方案为：改性纳米铁炭复合材料，由以下方法制备所得，纳米铁采用液相还原法制备，在装有搅拌器的三口烧瓶中加入体积比例为1:2的醇水体系200mL，搅拌速度调至500rpm；投加七水合硫酸亚铁，待溶解完全后用加料器以2mL/min的速度加入硼氢化钠溶液，继续搅拌，整个过程用时30min且用氮气吹脱除氧；醇水体系为乙醇和水组成；醇洗采用乙醇。将制备好的纳米铁进行多次醇洗、水洗，并最终保存在无水乙醇中待用。反应方程:改性纳米铁炭的制备，在装有搅拌器的三口烧瓶中加入体积比例为1:2的醇水体系200mL，搅拌速度调至500rpm；加入鼠李糖脂并溶解，投加七水合硫酸亚铁，待溶解完全后用加料器以2mL/min的速度加入硼氢化钠溶液，继续搅拌10min，加入活性炭与纳米铁，继续搅拌20min后将制备好的改性纳米铁炭进行多次醇洗、水洗，并最终保存在无水乙醇中待用。醇水体系为乙醇和水组成；醇洗采用乙醇。其中，活性炭为煤质炭，预先研磨过筛使其粒径为75μm，用去离子水多次清洗后置于真空烘箱，在110℃下烘干至恒重。纳米铁与活性炭质量比为5:2。改性纳米铁炭复合材料的应用，用于填充可渗透反应墙，去除地下水中硝态氮。本专利技术提供的改性纳米铁炭复合材料及其应用，采用鼠李糖脂对纳米铁进行改性，减小团聚，并将改性后的纳米铁负载在比表面积大、孔容大的活性炭上，形成改性纳米铁炭复合材料，进一步减小纳米铁团聚并增大材料粒径，其中鼠李糖脂属于生物型表面活性剂，相比化学表面活性剂具有低毒性和较强的可生物降解性，采用鼠李糖脂对纳米铁进行改性，提高其分散能力的同时减小对地下水环境的影响。附图说明图1为实施例的PRB模拟装置结构示意图；图2(a)为未改性纳米铁的SEM图；图2(b)为改性纳米铁炭复合材料的SEM图；图2(c)为经过鼠李糖脂改性的纳米铁炭复合材料与未改性纳米铁/炭的XRD对比图；图3为不同浓度改性纳米铁炭复合材料的沉降实验对比图；图4为不同材料沉降试验对比图；图5为改性纳米铁炭复合材料投加量对PRB去除硝态氮的影响关系；图6为初始硝态氮浓度对PRB去除硝态氮的影响关系图；图7为pH值对PRB去除硝态氮的影响关系图；图8为不同流速对PRB去除硝态氮的影响关系图；图9为不同种填充材料对PRB去除硝态氮的影响关系图；图10为活性炭投加量对去除效率的影响关系图。具体实施方式结合实施例说明本专利技术的具体实施方式。改性纳米铁炭复合材料，即改性纳米铁/炭，由以下方法制备所得，纳米铁采用液相还原法制备，在装有搅拌器的三口烧瓶中加入体积比例为1:2的醇水体系200mL，搅拌速度调至500rpm；投加七水合硫酸亚铁，待溶解完全后用加料器以2mL/min的速度加入硼氢化钠溶液，继续搅拌，整个过程用时30min且用氮气吹脱除氧；将制备好的纳米铁进行多次醇洗、水洗，并最终保存在无水乙醇中待用；改性纳米铁炭的制备，在装有搅拌器的三口烧瓶中加入体积比例为1:2的醇水体系200mL，搅拌速度调至500rpm；加入鼠李糖脂并溶解，投加七水合硫酸亚铁，待溶解完全后用加料器以2mL/min的速度加入硼氢化钠溶液，继续搅拌10min，加入活性炭与纳米铁，继续搅拌20min后将制备好的改性纳米铁炭进行多次醇洗、水洗，并最终保存在无水乙醇中待用其中，活性炭为煤质炭，预先研磨过筛使其粒径为75μm，用去离子水多次清洗后置于真空烘箱，在110℃下烘干至恒重。纳米铁与活性炭质量比为5:2。改性纳米铁炭复合材料的应用，用于填充可渗透反应墙，去除地下水中硝态氮。采用有机玻璃柱模拟连续墙式PRB，研究以上实施例制备所得的产物在运行中纳米铁填料阻塞及钝化腐蚀等问题，并考察硝态氮浓度，纳米铁/炭投加量，纳米铁与活性炭配比，迁移速度，pH等因素对PRB去除硝态氮的影响，优化纳米铁在PRB中的应用。对试剂:七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，硝酸钠(NaNO3)(天津市光复科技发展有限公司)，硼氢化钠(NaBH4)，氢氧化钠(NaOH)，盐酸(HCl)，无水乙醇(成都市科龙化工试剂厂)，活性炭(C)(重庆茂业化学试剂有限公司)均为分析纯。鼠李糖脂(45％，沃太斯化工有限公司)，氮气(N2)(≥99.99％，成都东风气体有限公司)，石英砂(利源建材公司)。仪器:X射线衍射仪(DX-700，中国)，紫外分光光度计(TU-1901，中国)，酸度计(PHS-3C+，中国)，简易蠕动泵(AB08，中国)，扫描电镜(JSM-7500F，日本)，循环水式真空泵(SHZ-D(III)，中国)。采用紫外分光光度法测定实施例制备所得改性纳米铁炭复合材料的悬浮稳定性。在波长为508nm条件下每隔2min测定一次改性纳米铁炭复合材料悬浮液的吸光度，并分析所测吸光度与初始吸光度比值随时间地变化，比值越大悬浮性越好，悬浮稳定性能从侧面反应改性纳米铁炭复合材料在PRB中对污染物的去除能力以及阻塞程度等。选择1、2、4、6、8g/L的改性纳米铁炭复合材料来考查浓度对悬浮稳定性的影响；选择浓度均为1g/L的改性纳米铁炭复合材料，纳米铁/炭，改性纳米铁，纳米铁，活性炭来考查不同材料的悬浮稳定性。实验采用图1所示的装置模拟纳米铁/炭去除硝态氮，有机玻璃柱高为30cm，内径为3cm。装置为上下对称的机玻璃柱形结构，底部为进出口装置1，设有布水板并衬有纱布，防止堵塞。进出口装置1上方为填充的1～2mm粒径石英砂2，高度为0.5cm，填充在柱两端起到缓冲保护作用。1～2mm粒径石英砂2上方为0.1～0.2mm粒径石英砂3，高度为13.5cm，作为模拟含水层渗透介质。0.1～0.2mm粒径石英砂3上方为可拆卸的两块并且有支撑作用的布水板4，安装在柱形结构中间，两块布水板4之间相隔1cm，两块布水板4之间为活性填充材料5，上下两端进出口装置1分别为出样口与进样口。往有机玻璃柱中填充材料时要轻拍柱壁保证填充均匀。所用石英砂先经过酸洗，再用去离子水多次冲洗并晒干后使用。将采用硝酸钠配制的硝态氮(20，40，6本文档来自技高网...

【技术保护点】
改性纳米铁炭复合材料，其特征在于，由以下方法制备所得：在装有搅拌器的三口烧瓶中加入体积比例为1:2的醇水体系200mL，搅拌速度调至500rpm；加入鼠李糖脂并溶解，投加七水合硫酸亚铁，待溶解完全后用加料器以2mL/min的速度加入硼氢化钠溶液，继续搅拌10min，加入活性炭与纳米铁，继续搅拌20min后将制备好的改性纳米铁炭进行多次醇洗、水洗，并最终保存在无水乙醇中待用。

【技术特征摘要】
1.改性纳米铁炭复合材料，其特征在于，由以下方法制备所得：在装有搅拌器的三口烧瓶中加入体积比例为1:2的醇水体系200mL，搅拌速度调至500rpm；加入鼠李糖脂并溶解，投加七水合硫酸亚铁，待溶解完全后用加料器以2mL/min的速度加入硼氢化钠溶液，继续搅拌10min，加入活性炭与纳米铁，继续搅拌20min后将制备好的改性纳米铁炭进行多次醇洗、水洗，并最终保存在无水乙醇中待用。2.根据权利要求1所述的改性纳米铁炭复合材料，其特征在于，所述的纳米铁采用液相还原法制备，在装有搅拌器的三口烧瓶中加入体积比例为1:2的醇水体系200mL，搅拌速度调至500rpm；投加七...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国，高阳阳，夏蕾，陈西亮，李雪菱，李知可，邓智瀚，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51