一种纳米零价铁@分子筛复合材料及其制备方法与用途技术

本发明专利技术涉及一种纳米零价铁@分子筛复合材料及其制备方法与用途，包括以下步骤：配制铁盐溶液，向铁盐溶液中加分子筛，在氮气保护下机械搅拌使铁离子交换到分子筛中，得到分子筛和铁盐的混合液A；将混合液A进行固液分离，将分离后的固体与水混合得到混合反应液中，在氮气保护和机械搅拌的条件下，向混合反应液中加入还原剂溶液，继续搅拌，得到混合液B；将混合液B进行固液分离，对分离后的固体进行洗涤和干燥处理得到纳米零价铁@分子筛复合材料。根据本发明专利技术方法合成的纳米零价铁@分子筛复合材料综合了分子筛的阳离子交换性能和纳米零价铁的吸附‑还原性能，对Pb

A kind of nanometer zero valent iron @ molecular sieve composite material and its preparation method and Application

The invention relates to a nanometer zero valent iron @ molecular sieve composite material and its preparation method and use, which comprises the following steps: preparing an iron salt solution, adding a molecular sieve to the iron salt solution, mechanically stirring under the protection of nitrogen to exchange iron ions into the molecular sieve, and obtaining a mixed solution a of the molecular sieve and the iron salt; separating the solid and the liquid of the mixed solution a, and mixing the separated solid and the water to obtain a mixed solution In the reaction liquid, under the condition of nitrogen protection and mechanical agitation, add the reducing agent solution to the mixed reaction liquid, continue to stir to obtain the mixed liquid B; separate the mixed liquid B from the solid and liquid, wash and dry the separated solid to obtain the nano zero valent iron @ molecular sieve composite material. The nano zero valent iron @ molecular sieve composite material synthesized according to the method of the invention integrates the cation exchange performance of the molecular sieve and the adsorption \u2011 reduction performance of the nano zero valent iron, and is able to

【技术实现步骤摘要】
一种纳米零价铁@分子筛复合材料及其制备方法与用途
本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种纳米零价铁@分子筛复合材料及其制备方法与用途。
技术介绍
重金属是对环境污染最严重和对人类危害最大的一类污染物。矿山开采、金属冶炼与加工、电镀、制革、农药、造纸、油漆、印染、核技术及石油化工等行业，都会产生含重金属的废水，有些重金属废水还同时含有铅、砷、锌、铜、镉、镍、汞等多种重(类)金属离子，重金属有毒性大、难被生物降解、易生物蓄积的特点，排放到环境后只能被转移、稀释、积累或改变形态，而不能被消除。目前，国内外重金属废水的处理方法主要有化学沉淀、氧化还原、吸附、离子交换、膜分离和电化学法等。吸附法由于适应面广、操作方便而被广泛用于重金属废水的处理中，吸附技术的关键是吸附材料，近年来寻求高效、廉价的重金属吸附材料成为国内外研究开发热点之一，如：利用农业废料或工业废弃物改性制备吸附剂，利用壳聚糖等有机高分子或天然多孔矿物沸石等作吸附剂。然而，这些材料分别存在着一定的局限性，例如，以工农业废弃物改性后制备的吸附剂对重金属的去除能力较小，高分子材料壳聚糖只适用于特定条件或离子，天然多孔矿物吸附容量小。因此开发新型的具有良好的吸附效果的吸附剂对于去除重金属离子及其他污染物具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：提供一种纳米零价铁@分子筛复合材料及其制备方法，以分子筛为载体，让Fe2+或Fe3+与分子筛中的Na+进行离子交换进入到分子筛的内部孔道中，进行固液分离后，再加入还原剂，从而仅对储存于分子筛内部孔道的Fe2+或Fe3+进行还原并将还原后的纳米零价铁储存于分子筛内部孔道中。分子筛的孔道微环境不仅可以减少纳米零价铁的团聚，也较大程度上避免了其与空气接触，抑制了纳米零价铁的表面氧化。根据本专利技术合成的纳米零价铁@分子筛复合材料综合了分子筛的阳离子交换性能和纳米零价铁的吸附-还原性能，对Pb2+、Cu2+等重金属阳离子以及亚砷酸根、重铬酸根等阴离子都具有较好的去除效果。本专利技术提供一种纳米零价铁@分子筛复合材料制备方法,包括以下步骤：1)配制浓度为0.2～1mol/L的铁盐溶液，按铁与分子筛质量比1：(0.2～15)向所述铁盐溶液中加入分子筛，搅拌1～5h使铁离子交换到分子筛中，得到分子筛和铁盐的混合液A，所述分子筛选自NaX、NaA或NaY中的任意一种或几种。2)将所述混合液A进行固液分离，将分离后固体与30～60mL的水混合得到混合反应液中，在氮气保护和机械搅拌的条件下，按照铁与还原剂的物质的量比1：(2～3)向所述混合反应液中加入0.4～2mol/L的还原剂溶液，继续搅拌20～40min，得到混合液B；3)将所述混合液B进行固液分离，对分离后的固体进行洗涤和干燥处理得到纳米零价铁@分子筛复合材料。有益效果：(1)根据本专利技术的方法利用了分子筛的多孔结构和阳离子交换性能，以分子筛为载体，让Fe2+或Fe3+与分子筛中的Na+进行离子交换进入到分子筛的内部孔道中，进行固液分离后，再加入还原剂，从而仅对储存于分子筛内部孔道的Fe2+或Fe3+进行还原并将还原后得到的纳米零价铁储存于分子筛内部孔道中，分子筛的孔道微环境不仅可以减少纳米零价铁的团聚，也较大程度上避免了其与空气接触，抑制了纳米零价铁的表面氧化。(2)人工合成的分子筛，如NaX、NaA和NaY等，因具有多孔结构，且比表面积大，阳离子交换性能强，受到了广泛关注。但是，分子筛只能去除重金属阳离子，对阴离子几乎没有去除效果；纳米铁具有颗粒粒径小、吸附及还原性强等优点，对水中的重金属阴、阳离子均有良好的去除性能，但纳米铁存在易团聚、氧化而导致活性降低等问题，这使得纳米铁技术在重金属废水处理和受污染地下/地表水修复中的应用受到了一定限制。根据本专利技术方法制备的纳米零价铁@分子筛复合材料以低硅铝比的分子筛NaX、NaA或NaY作为嵌载体，载体中具有较高的Na+离子含量，在本实验的实验条件下，得到的纳米零价铁@分子筛复合材料中，既包含一定比例Na+(即具有阳离子交换性能)，又包含一定的纳米零价铁(即具有吸附-还原性能)，根据本专利技术合成的纳米零价铁@分子筛复合材料综合了分子筛的阳离子交换性能和纳米零价铁的吸附-还原性能，对Pb2+、Cu2+等重金属阳离子和亚砷酸根、重铬酸根等阴离子都有较好的去除效果，拓宽了分子筛的去除范围，还叠加了分子筛和纳米铁对重金属的去除能力，能够协同增效发挥去除重金属的作用，适用于有色冶炼废水中多种重(准)金属污染物的去除以及地下污染水体的修复。(3)本专利技术所述的纳米零价铁@分子筛复合材料具有比表面积大，分散性好，活性位点多等特点，较大的比表面积和孔体积有利于污染物在表面点位的吸附以及在材料内部空隙的扩散，因此纳米零价铁@分子筛复合材料对污染物有更快的吸附速率和更好的去除效果。在上述方案的基础上，本专利技术还可以进行如下改进：进一步，将步骤2)中将所述分离后的固体用去离子水冲洗固体2～4次后再与30～60mL的水混合得到混合反应液中。在分子筛和铁盐溶液离子交换过程中，部分Fe2+或Fe3+取代分子筛中的部分Na+进入到分子筛的内部孔道中，通过过滤掉多余的铁盐溶液并进行多次洗涤，然后再滴加硼氢化钠进行还原，可保证最终得到的材料中纳米零价铁全部嵌入到分子筛内，而不是纳米铁和分子筛的混合物，分子筛的孔道微环境可以减少纳米零价铁的团聚，较好的避免铁与空气接触氧化，从而提高材料的去除水中重金属的性能。进一步，所述铁盐溶液选自氯化铁溶液、硫酸铁溶液、氯化亚铁溶液、硫酸亚铁溶液中的任意一种。在惰性气氛下，上述铁盐溶液均可用作铁源与Na+进行交换并进入分子筛的内部孔道中。进一步，所述氯化亚铁溶液、硫酸亚铁溶液的pH值为2.8～3.2。具体的，配制上述亚铁盐溶液时加入浓盐酸或浓硫酸，调节所述亚铁盐溶液的pH值为2.8～3.2，以防止亚铁盐氧化。具体的，当加入的铁盐溶液为亚铁溶液时，步骤1)中的在氮气保护下进行。由此，可以较好的防止亚铁盐与氧化。进一步，步骤1)中所述分子筛为预处理后的分子筛，所述分子筛预处理条件为：在90～110℃温度下干燥1～3h。分子筛有一定的吸水性，将分子筛在90～110℃温度下干燥1～3h，可充分去除所吸水分，保证在材料制备时分子筛加入质量的准确性。进一步，步骤2)中的所述还原剂选自硼氢化钾或硼氢化钠中的任意一种。具体的，硼氢化钾溶液或硼氢化钠溶液由所述硼氢化钾或硼氢化钠和去离子水配制得到。进一步，步骤3)中的干燥处理为冷冻干燥，冷冻干燥条件为：温度-30～-45℃，真空度20～45Pa。在冷冻和隔绝空气的条件下对纳米零价铁@分子筛复合材料干燥处理，可防止干燥时纳米铁氧化。本专利技术还提供了一种纳米零价铁@分子筛复合材料，由如上所述的制备方法制备得到。进一步，材料包括分子筛载体以及分布于所述分子筛载体内部孔道中的纳米零价铁，纳米零价铁@分子筛复合材料中纳米零价铁与钠离子的摩尔比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米零价铁@分子筛复合材料制备方法,其特征在于，包括以下步骤：/n1)配制浓度为0.2～1mol/L的铁盐溶液，按铁与分子筛质量比1：(0.2～15)向所述铁盐溶液中加入分子筛，搅拌1～5h使铁离子交换到分子筛中，得到分子筛和铁盐的混合液A，所述分子筛选自NaX、NaA或NaY中的任意一种或几种；/n2)将所述混合液A进行固液分离，将分离后固体与30～60mL的水混合得到混合反应液中，在氮气保护和机械搅拌的条件下，按照铁与还原剂的物质的量比1：(2～3)向所述混合反应液中加入0.4～2mol/L的还原剂溶液，继续搅拌20～40min，得到混合液B；/n3)将所述混合液B进行固液分离，对分离后的固体进行洗涤和干燥处理得到纳米零价铁@分子筛复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米零价铁@分子筛复合材料制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
1)配制浓度为0.2～1mol/L的铁盐溶液，按铁与分子筛质量比1：(0.2～15)向所述铁盐溶液中加入分子筛，搅拌1～5h使铁离子交换到分子筛中，得到分子筛和铁盐的混合液A，所述分子筛选自NaX、NaA或NaY中的任意一种或几种；
2)将所述混合液A进行固液分离，将分离后固体与30～60mL的水混合得到混合反应液中，在氮气保护和机械搅拌的条件下，按照铁与还原剂的物质的量比1：(2～3)向所述混合反应液中加入0.4～2mol/L的还原剂溶液，继续搅拌20～40min，得到混合液B；
3)将所述混合液B进行固液分离，对分离后的固体进行洗涤和干燥处理得到纳米零价铁@分子筛复合材料。


2.根据材料1所述的纳米零价铁@分子筛复合材料制备方法，其特征在于，将步骤2)中将所述分离后的固体用去离子水冲洗固体2～4次后再与30～60mL的水混合得到混合反应液中。


3.根据材料1所述的纳米零价铁@分子筛复合材料制备方法，其特征在于，所述铁盐溶液选自氯化铁溶液、硫酸铁溶液、氯化亚铁溶液、硫酸亚铁溶液中的任意一种。


4.根据材料3所述的纳米零价铁@分子筛复合材料制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰雪，刘红，范先媛，李志学，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42