一种复合铁粉及其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种复合铁粉及其制备方法及应用，属于水处理领域。本发明专利技术的复合铁粉以铁单质为主体，在所述铁单质表面镶嵌有四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒，所述复合铁粉为不规则多面体颗粒。本发明专利技术的复合铁粉中铁单质、四氧化三铁、氯化亚铁三者的质量比为(50‑75):(25‑35):(5‑50)，所述复合铁粉的粒径范围为3‑30μm，且粒径范围为3‑10μm的复合铁粉颗粒的重量超过所述复合铁粉的总重量的80％。该复合铁粉以铁单质、四氧化三铁、氯化亚铁为原料，采用球磨法一步合成得到，本发明专利技术所用原料安全廉价、制备简单、投加方便、净水效果更快、更显著。

A composite iron powder and its preparation and Application

The invention discloses a composite iron powder and a preparation method and application thereof, belonging to the field of water treatment. The composite iron powder of the present invention is mainly composed of iron single substance, and the iron oxide particles and ferrous chloride particles are inlaid on the iron single surface, and the composite iron powder is irregular polyhedron particles. The mass ratio of iron to iron, iron oxide and ferrous chloride in the composite iron powder of the present invention is (50, 75): (25 35): (5, 50), and the size range of the composite iron powder is 3 of 30 u m, and the weight of the composite iron powder particles with a size range of 3 and 10 mu is more than three of the total weight of the composite iron powder. The composite iron powder is synthesized from iron, iron, iron oxide and ferrous chloride by ball milling. The raw material used in the invention is safe and cheap, simple in preparation, convenient to be added, quicker and more remarkable.

【技术实现步骤摘要】
一种复合铁粉及其制备方法及应用
本专利技术属于水处理领域，具体地说，涉及一种复合铁粉及其制备方法及应用。
技术介绍
近二十年来，零价铁作为一种廉价、具有高还原活性且环境友好的材料，已被广泛用于去除重金属、氯代有机物的还原脱氯、硝基苯乃至硝酸盐等各类污染物。当前，零价铁技术已成为污水修复的重要技术之一，具有较好的应用前景。但是，零价铁技术的大规模应用还面临许多挑战。零价铁的钝化现象是零价铁技术应用的最大瓶颈。由于成相膜作用，零价铁投入水中后表面会迅速产生一层致密的钝化层，阻碍了零价铁与污染物的接触，从而极大地降低了零价铁与污染物的反应速率。钝化现象的存在限制了普通零价铁在环境修复中的应用。为了克服零价铁的钝化问题，一系列物理化学方法诸如酸处理、超声波、磁场或者纳米化、双金属体系被用来提高零价铁去除重金属、硝酸盐、高氯酸盐或硝基苯等物质的效果。酸洗预处理零价铁是一种最简单常见的方法，虽然可以去除掉表面的氧化膜，但是并不能阻止零价铁投入水中后再次发生钝化，作用有限，且会浪费掉一部分铁材。虽然已有很多文献报道了利用外加超声波或磁场来改善零价铁的性能并取得了不错的效果，但超声波能耗巨大，磁化过程所需设备复杂，这些因素限制了其投入实际使用。近些年来随着纳米技术以及纳米材料的出现，人们转而将目光投向纳米零价铁(nZVI)技术。极高的比表面积和活性使得纳米零价铁与污染物反应的速率远高于普通铁，诸多研究报道了利用纳米零价铁去除各种水中污染物，表明其优良性能。但是纳米铁也存在种种缺陷：昂贵的材料以及复杂的合成过程导致纳米化零价铁的制备成本较为高昂，纳米级铁颗粒在水中发生团聚而大幅失活。此外，纳米材料对生态环境的影响及其使用的安全性仍受到质疑。将零价铁与其他金属制成双金属体系虽然可以有效提高零价铁的性能，但双金属材料的合成需要添加铂、钯或银等贵金属材料，导致其生产成本异常昂贵且添加的某些元素本身也是具有环境危害性的重金属，使其仍然停留于科学研究而难以实际应用。中国专利申请，申请号201611044054.3，公开日2017年02月01日，“一种悬浊液态含铁复合试剂及其制备方法和高效去除水中硒酸盐的方法”，利用过氧化氢溶液和零价铁粉在酸性条件下反应，制备一种包括固相、液相和胶体相的悬浊液态含铁复合试剂，含有多种还原活性组分，如四氧化三铁、新生态亚铁、吸附态亚铁等，可有效提高电子传递效率，并协同发挥吸附、还原、共沉淀、纳米效应等作用协同还原去除水中硒酸盐。该技术方案较为显著地提高了零价铁对污染物的还原活性，但需要现配现用，制备需要强酸和强氧化剂等原料，且制成的试剂为悬浊液态，不适于保存和物流运输，投加到水中需要专用设备，其组成成分复杂(包含固态、液态、胶体态等物质)、分布不均，只能整体投加，难以均匀分成小份投加；如果将该复合试剂制成固体，需要离心分离、真空冷冻干燥等步骤，能耗较高操作复杂，且液态中的活性成分提取更加困难，因而有必要开发固态铁基高效净水试剂。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有铁基还原试剂制备所用的原料危险、制备过程繁琐、成品运输与保存不便、投加方式灵活性差、固化分离困难问题，本专利技术提供一种复合铁粉及其制备方法及应用。本专利技术所用原料安全廉价、制备简单、投加方便、净水效果更快、更显著。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。本专利技术以普通的铁单质铁粉、四氧化三铁粉、氯化亚铁粉末为原料，采用行星式球磨机一步制备得到本专利技术的复合铁粉，所述的铁单质铁粉原料的粒度范围为50-200μm，所述的四氧化三铁原料粒度范围为0.5-5μm，所述的氯化亚铁粉原料粒度范围为0.5-50μm，制备过程中使用的铁单质铁粉原料的粒径远大于所用的四氧化三铁原料粒度和氯化亚铁粉原料粒度，经过球磨机的高速粉碎后，较小粒径的四氧化三铁粉原料和氯化亚铁粉镶嵌到铁单质颗粒表面，形成了本专利技术的复合铁粉。本专利技术的复合铁粉具有成本低廉的优点，原料铁、四氧化三铁、氯化亚铁均廉价易得，球磨制备过程时间较短，能耗需求较低，材料产率高，无原料浪费及废物废液产生，制备过程节能环保。该复合铁粉为铁单质表面镶嵌有细小颗粒的不规则多面体颗粒，该复合铁粉的粒径范围为3-30μm，且粒径小于10μm的复合铁粉颗粒的重量占该复合铁粉的总重量的80％以上。该复合铁粉以铁单质为主体，该复合铁粉中铁单质粒径为3-30μm，铁单质表面镶嵌有细小颗粒，铁表面镶嵌的细小颗粒为四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒，其中具有正八面体的细小颗粒为四氧化三铁，所述复合铁粉表面镶嵌的四氧化三铁颗粒的粒径范围为0.1-3μm，且粒径范围为0.1-1μm的所述四氧化三铁颗粒的重量超过所述为四氧化三铁颗粒总重量的95％以上，剩余不规则的细小颗粒为氯化亚铁，所述氯化亚铁颗粒的粒径范围为0.1-5μm，且粒径范围为0.5-2μm的氯化亚铁颗粒的重量超过所述为氯化亚铁颗粒总重量的90％以上。该复合铁粉为铁单质表面镶嵌有细小颗粒的不规则多面体颗粒，该复合铁粉以铁单质为主体，铁表面镶嵌的细小颗粒为四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒。该复合铁粉中铁单质为零价铁，四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒镶嵌在铁单质表面，零价铁作为电子供体可向外提供自由电子，外表面镶嵌的四氧化三铁颗粒可作为反应活性层，可强效吸附水中的污染物并将其固定于自身，并允许内核零价铁提供的自由电子通过自身而还原被固定的污染物，同时外层的结合态氯化亚铁具有强还原活性，可耦合四氧化三铁、零价铁，高效还原污染物，此外，释放出的亚铁离子可以再次吸附至表层已被氧化为纤铁矿的四氧化三铁表面，与纤铁矿发生反应转化为具有还原活性及导电性的四氧化三铁，从而削除纤铁矿层带来的钝化效应，形成具有强还原活性的结构态亚铁，能够高效，快速的去除废水中的还原性化合物。同时由于该复合铁粉的粒径范围为3-30μm，且粒径范围为3-10μm的复合铁粉颗粒的重量超过所述复合铁粉的总重量的80％，而且表面镶嵌有四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒，大大增大了其比表面积，可以再次强化对废水中污染物，如无机盐、有机物的吸附富集过程、同时高效的释放亚铁离子，并通过再吸附去除钝化膜、提高电子传递效率，再次大大的强化该复合铁粉的还原能力。一种复合铁粉，其特征在于：所述复合铁粉以铁单质为主体，在所述铁单质表面镶嵌有四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒。优选的，铁单质、四氧化三铁、氯化亚铁三者的质量比为(50-75):(25-35):(5-50)。优选的，所述复合铁粉的粒径范围为3-30μm，且粒径范围为3-10μm的复合铁粉颗粒的重量超过所述复合铁粉的总重量的80％；所述四氧化三铁颗粒的粒径范围为0.1-3μm，且粒径范围为0.1-1μm的所述四氧化三铁颗粒的重量超过所述为四氧化三铁颗粒总重量的95％以上；所述氯化亚铁颗粒的粒径范围为0.1-5μm，且粒径范围为0.5-2μm的所述氯化亚铁颗粒的重量超过所述为氯化亚铁颗粒总重量的90％以上。如权利要求1-3任一项所述复合铁粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1).按质量比配置铁单质原料、四氧化三铁原料、氯化亚铁粉原料，得到复合原料；(2).将步骤(1)得到的复合原料中添加球磨介质，然后一起放置到球磨机中，在惰性气体的环境下球磨，然后分离出球磨介质即可。优选的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合铁粉，其特征在于：所述复合铁粉以铁单质为主体，在所述铁单质表面镶嵌有四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒，所述复合铁粉为不规则多面体颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种复合铁粉，其特征在于：所述复合铁粉以铁单质为主体，在所述铁单质表面镶嵌有四氧化三铁颗粒和氯化亚铁颗粒，所述复合铁粉为不规则多面体颗粒。2.根据权利要求1所述的复合铁粉，其特征在于：铁单质、四氧化三铁、氯化亚铁三者的质量比为(50-75):(25-35):(5-50)。3.根据权利要求2所述的复合铁粉，其特征在于：所述复合铁粉的粒径范围为3-30μm，且粒径范围为3-10μm的复合铁粉颗粒的重量超过所述复合铁粉的总重量的80％；所述四氧化三铁颗粒的粒径范围为0.1-3μm，且粒径范围为0.1-1μm的所述四氧化三铁颗粒的重量超过所述为四氧化三铁颗粒总重量的95％以上；所述氯化亚铁颗粒的粒径范围为0.1-5μm，且粒径范围为0.5-2μm的所述氯化亚铁颗粒的重量超过所述为氯化亚铁颗粒总重量的90％以上。4.如权利要求1-3任一项所述复合铁粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1).按质量比配置铁单质原料、四氧化三铁原料、氯化亚铁粉原料，得到复合原料；(2).将步骤(1)得到的复合原料中添加球磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘丙才，单超，杨喆，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32