一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种简单稳定高活性铁基材料的制备方法，该制备方法通过控制高浓度铁基材料悬浮液pH值、琼脂稳定及低温固化等系列措施，实现高浓度高活性铁基材料活性在储存运输过程中的稳定及维持。该制备方法依次通过控制pH在7.0‑9.0，通过控制琼脂的投加量，通过低温实现悬浮液快速固化稳定。该制备方法操作简单、成本低廉、安全性高、无二次污染。

Method for preparing simple stable high activity iron base material

The invention relates to a preparation method of a simple stable high activity of iron based materials, the preparation method of high concentration of ferrous materials by controlling the pH value, agar suspension stability and low temperature curing and other measures to achieve high concentration and high activity activity of iron-based materials in storage and transportation in stable and maintenance. The preparation method followed by the control of pH in 7 9, by controlling the dosage of agar, through low temperature fast curing stable suspension. The preparation method has the advantages of simple operation, low cost, high safety and no two pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法
本专利技术涉及一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法，属于材料学及水处理技术交叉领域，具体为低温固化保存高活性铁基材料，包括配制琼脂溶液与铁基材料悬浮液、调节初始pH值、调节环境温度及其他环境条件、向琼脂溶液中加入高浓度铁基悬浮液、低温固化等步骤及措施。
技术介绍
铁元素广泛存在于自然界中，是地壳中含量最高的金属元素之一。利用铁的不同价态、形态进行污染的强化治理和修复具有重大的意义。20世纪80年代以来，铁基材料先后应用于水中有机污染物的去除以及受污染土壤的原位修复，亦应用于治理重金属废水、染料废水以及受污染的地下水。铁基材料由于具有易合成、易操作、高活性、无污染、低成本等优点，其在水污染应用越来越受到重视，具有非常好的实际应用前景。随着铁基材料在环境领域的应用越来越广泛，其种类也越来越丰富，现用于环境领域的高活性铁基材料主要有纳米零价铁（nZVI）、海绵铁、超细铁粉、多铁性复合材料、铁合金等。实际工程应用中铁基材料通常因为运输或保存时间过长，导致铁基材料被氧化，反应活性降低，工程成本提高。现有的高活性铁基材料的保存制备方法主要有颗粒喷雾干燥法、真空保存法、酒精储存法、水溶液储存法等。颗粒喷雾干燥法的缺点为设备复杂，占地面积大，成本高、热效率低、不环保。惰性气体保存与真空保存是目前高活性铁基材料保存常用制备方法，但是此类制备方法涉及喷雾干燥等措施，能量消耗及成本高；同时，高活性干粉包装破损及反应液配制过程中，存在爆炸风险；在后续水处理中需将此类高活性粉末置于水中，前端干燥流程存在不必要的能量浪费。酒精储存法优点为操作简单，高活性铁基材料储存在无水乙醇中不易发生氧化等，但是缺点亦很明显，乙醇为易燃液体，容易挥发为酒精蒸汽，当酒精蒸汽在空气中的体积分数达到3.5%-18%时，遇到火星即有可能爆炸。19℃、101.3kPa下乙醇的饱和蒸汽压为5.333kPa，约占空气体积分数的5.3%，26℃、101.3kPa下饱和蒸汽压约为8.000kPa，约占空气体积分数的7.9%，均超过了酒精蒸汽与空气的混合物的爆炸极限。高活性铁基材料运输使用密闭钢罐，属于危险品运输，易发生事故，运输成本大，因此使用乙醇来储存与运输高活性铁基材料安全性差。水溶液储存的缺点即高活性铁基材料容易与水、氧气发生老化反应，反应方程式如式（1），影响零价铁材料的活性，增加工程成本。2Fe0+2H2O+O2=2Fe2++4OH-（1）在环境领域，现有的稳定高活性铁基材料的方法有包覆钝化技术、负载技术、稳定剂改造技术等三种。包覆钝化技术主要通过对高活性铁基材料进行表面包覆实现颗粒分散与抗氧化稳定。如专利CN106000335A介绍了一种包覆型纳米零价铁及其制备方法和应用，将海藻酸钠与纳米零价铁的混合溶液通过超声处理形成包覆型的纳米零价铁。该方法制得的包覆型材料具有更好的稳定性与迁移性，抗氧化性能更高，但存在降低纳米零价铁材料的反应性及活性的缺点，同时此类方法往往成本较高。还有例如专利CN105921763A、CN101554660、CN101554661、CN104827028A、CN102284706A、CN104888718A、CN104310566A、CN106006778A等等。负载技术主要通过将高活性铁基材料负载在膨润土、沸石与碳纳米管等载体上制成一定形状的颗粒实现材料的稳定。如专利CN106076397A介绍了一种零价铁—碳纳米管改性沸石复合材料的制备方法，主要通过将沸石加入到碱溶液中制得水凝胶，将零价铁及碳纳米管加入到水凝胶中进行晶化处理制得零价铁—碳纳米管改性沸石复合材料。该方法不仅保持铁基材料的固有特性还增强其稳定性，通过化学还原与沉积等作用使得铁基材料有更大的吸附容量与更强的吸附性能，同时适用于反应器操作。但是存在前期准备工作复杂繁琐、成本较高且生成物只能对特定污染物具有很好的去除效果等缺点。还有例如专利CN102701297A、CN102553523A、CN103232125A、CN103240423A、CN104014812A、CN103578593A、CN104437364A、CN106044921A、CN105903436A、CN105561946A等等。稳定剂改造主要通过高分子有机物质与高活性铁基材料结合实现颗粒分散与抗氧化稳定。如专利CN103949469A介绍了羧甲基纤维素（CMC）作为稳定剂和分散剂来合成铁系纳米粒子。该方法可以提高纳米零价铁的分散性与稳定性，并且延长其反应活性。但是存在CMC投加量大、流动性差、受悬浮液酸碱性影响大等缺点。还有例如专利CN101537489、CN102702452A、CN103349916A、CN104722777A、CN104475749A、CN104439270A、CN104291431A等等。为降低在储存、运输过程中的高活性铁基材料的老化，因此在工程应用中必须寻求一种简易高效稳定及保存高活性零价铁材料的方法。
技术实现思路
鉴于目前在环境领域稳定高活性铁基材料的技术不足，本专利技术提出一种简易稳定高浓度高活性铁基材料的制备方法。该制备方法采用配制高浓度铁基悬浮液、调节悬浮液pH值、琼脂混合、低温固化等措施处理铁基材料悬浮液，实现高浓度高活性铁基材料活性在储存运输过程中的稳定及维持，形成块状稳定化体系便于储存、运输及工程化应用。该制备方法操作简单、成本低廉、安全性高、无二次污染。本专利技术提出的一种简易稳定高浓度高活性铁基材料的制备方法，通过配制高浓度的铁基材料悬浮液、调节悬浮液pH、琼脂混合和低温固化，制备得到稳定高活性铁基材料，具体步骤如下：（１）配制高浓度的铁基材料悬浮液，控制其浓度为2000-4000g/L；（２）调节步骤（１）得到高浓度的铁基材料悬浮液初始pH值为7.0-9.0；（３）将琼脂颗粒加入到热水中，搅拌溶解，得到琼脂溶液，控制琼脂颗粒的凝胶强度为1000-1300g/cm2，控制琼脂投加浓度为0.8%-2.0%，调节速度梯度G值为700s-1-1000s-1，控制热水温度为95-99℃；（４）将步骤（２）所得铁基材料悬浮液快速加入到步骤（３）所得琼脂溶液中，快速搅拌，调节速度梯度G值为1000s-1-1300s-1，控制搅拌时间为2-5分钟，得到铁基琼脂混合溶液；其中：琼脂溶液与铁基材料悬浮液的体积比为1:1-4:1；（５）将步骤（４）得到的铁基琼脂混合溶液放入到冰柜中，进行低温固化，控制温度为5℃-20℃，固化时间为24小时以上。本专利技术中，步骤（４）中控制混合溶液的电导率在0.1-10μs/cm。本专利技术中，步骤（１）-步骤（４）中，控制溶解氧浓度小于1mg/L。本专利技术中，步骤（３）中控制单个稳定化铁基琼脂储存块体积为10-100cm3。本专利技术中，在铁基琼脂储存块使用时，通过机械力实现块体破碎及强化溶解。本专利技术具有下列特点和优点：(1)本专利技术可简易高效保存高浓度高活性铁基材料；(2)本专利技术中所使用的溶剂主要成分为水，成本低廉；(3)本专利技术中所使用的琼脂颗粒为实验室常用药剂，成本低廉、生物降解性好、无毒害、可作为废水生物基质、无二次污染；(4)本专利技术仅需在低温条件下，对高浓度高活性的铁基材料琼脂混合液进行低温冷冻固化，操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种简易稳定高浓度高活性铁基材料的制备方法，其特征在于通过配制高浓度的铁基材料悬浮液、调节悬浮液pH、琼脂混合和低温固化，制备得到稳定高活性铁基材料，具体步骤如下：（１）配制高浓度的铁基材料悬浮液，控制其浓度为2000‑4000 g/L；（２）调节步骤（１）得到高浓度的铁基材料悬浮液初始pH值为7.0‑9.0；（３）将琼脂颗粒加入到热水中，搅拌溶解，得到琼脂溶液，控制琼脂颗粒的凝胶强度为1000‑1300g/cm

【技术特征摘要】
1.一种简易稳定高浓度高活性铁基材料的制备方法，其特征在于通过配制高浓度的铁基材料悬浮液、调节悬浮液pH、琼脂混合和低温固化，制备得到稳定高活性铁基材料，具体步骤如下：（１）配制高浓度的铁基材料悬浮液，控制其浓度为2000-4000g/L；（２）调节步骤（１）得到高浓度的铁基材料悬浮液初始pH值为7.0-9.0；（３）将琼脂颗粒加入到热水中，搅拌溶解，得到琼脂溶液，控制琼脂颗粒的凝胶强度为1000-1300g/cm2，控制琼脂投加浓度为0.8%-2.0%，调节速度梯度G值为700s-1-1000s-1，控制热水温度为95-99℃；（４）将步骤（２）所得铁基材料悬浮液快速加入到步骤（３）所得琼脂溶液中，快速搅拌，调节速度梯度G值为1000s-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少林，李剑华，丁洋洋，江闯，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31