用于去除水中重金属的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法技术

本发明专利技术提出用于去除水中重金属的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法，属于水处理技术的应用领域。重金属离子具有难降解性和高毒性，可在生物体内累积，对人体健康和生态环境的危害极大。本发明专利技术采用无氧热解、液相还原的方法制备得到纳米零价铁负载的废白土基活性炭材料，能够有效去除水中重金属离子，同时不会产生二次污染。该材料失活后可通过简单方法再生，具有多次应用的潜力。该技术中采用的原材料为废白土，实现了废物再生利用的目的。

Preparation and application of waste clay based activated carbon loaded with renewable nanometer zero valent iron for removal of heavy metals in water

【技术实现步骤摘要】
用于去除水中重金属的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法
：本专利技术提出用于去除水中重金属离子的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法，属于水处理技术的应用领域。该方法制备的纳米零价铁负载的废白土基活性炭在失活后可通过简单方法进行再生，具有多次应用的潜力，能够达到废物再生利用的目的。
技术介绍
：由于各种工业活动和技术的快速发展，重金属污染成为全球普遍关注的环境污染问题之一。重金属污染主要包括具有显著生物毒性的汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、类金属砷等，以及具有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、钴（Co）、镍（Ni）、锡（Sn）等。引起水环境和土壤的重金属污染主要有生活污染、农业污染和工业污染3个方面的来源。其中，废弃金属和电池等生活垃圾；大量使用含重金属的化肥、农药等；矿山开发、金属加工和冶炼等含重金属的工业废水和废物，这些污染未经任何处理或者处理不达标就排入到环境中。当重金属进入周围土壤，地表水和地下水，因其具有难降解性和高毒性，可在生物体内累积，对人体健康和生态环境造成极大的直接或间接危害。化学沉淀法虽工艺成熟、操作简便、成本较低，但是耗能高、选择性差，容易造成二次污染。生物法等传统的污水处理技术对重金属的处理耗时长，且局限于自身及外界环境，通常将其与物理法、化学法结合起来，降低成本与时间，提高应用范围。活性炭去除重金属是目前废水处理最常用的方法之一。该方法能处理低浓度重金属废水，出水水质高，且具有占地面积小、可操作性强、经济有效、选择性好等优点。废白土是来源于食用油脂精炼过程。废白土中含有大量油脂和脂肪酸等有机成分（占总量20%~30%）。废白土的处置问题一直是世界各国的困扰。废白土容易发生自燃，引起火灾。若能得到较好地回收利用，不仅有利于保护环境，节约资源，还能给企业带来经济效益。因此，基于废白土制备低成本高性能的活性炭材料是研究的重点。纳米零价铁是指粒径在1-100nm的零价铁颗粒，因具有更大的比表面积和纳米尺度而展现出更强的反应活性。目前合成纳米零价铁的方法主要有球磨法、液相还原法、气相还原法等。但单纯的纳米零价铁具有易发生团聚、与周围环境介质发生反应等缺点，限制了其在实际中的应用。而将纳米零价铁负载在活性炭表面和孔道中，有利于解决二次污染和纳米零价铁的团聚问题。因此，将纳米零价铁负载在废白土基活性炭上实现水中的重金属离子的高效去除是研究的重点。该专利技术提出的用于去除水中重金属离子的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法，既能有效去除水中的重金属离子，又满足以废治废的环保要求，目前该技术在水处理
未见报道。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对水中尤其是饮用水中重金属污染物，提供一种性能高效且可再生的活性炭材料。本专利技术所涉及的去除水中重金属离子的活性炭材料的制备方法是：通过在管式炉无氧气氛下进行热解的方法将废白土制备获得废白土基活性炭，进一步利用液相还原法制备得到纳米零价铁负载的废白土基活性炭。本专利技术所涉及的去除水中重金属离子的活性炭材料的使用方法是：利用纳米零价铁负载的废白土基活性炭去除水中重金属离子，去除完成后利用减压抽滤或过滤和外加磁场快速完成固液分离，使得被重金属污染的水体得到净化。本专利技术所涉及的去除水中重金属离子的活性炭材料的再生方法是：将失去活性的纳米零价铁负载的废白土基活性炭利用碱溶液解吸的方法再生，即将失去活性的材料放置在一定浓度的碱溶液中进行搅拌，得到再生的纳米零价铁负载的废白土基活性炭。本专利技术通过无氧热解、液相还原的方法制备出的活性炭材料可用于去除饮用水和地下水等水体中含有的重金属污染物。为实现如上所述目的，本专利技术现采用下述技术方案。废白土基活性炭通过如下技术方案制备：（1）将废白土在65～110°C条件下烘干10～72h；（2）通过研磨或粉碎控制粒径小于5.0mm；（3）将废白土颗粒放置于惰性气体保护（氮气或氩气）的无氧气氛和300～1000°C下热解0.5～4h，升温时间为0.5～4h，气体流量为50～1000mL/min，待温度低于100°C时取出，所得即为废白土基活性炭。纳米零价铁负载的废白土基活性炭通过如下技术方案制备：（1）将废白土基活性炭在65~110°C条件下烘干10~72h；（2）通过研磨或粉碎控制粒径小于5.0mm；（3）将无水乙醇与去离子水按照1:1~1:4的体积比混合，作为溶剂；（4）将铁盐和废白土基活性炭加入到溶剂中，其中铁元素和废白土基活性炭的质量比为5:1～1:5，在惰性气体保护（氮气或氩气）的无氧气氛下进行搅拌0.5～3h，滴加还原剂后继续搅拌1～3h；（5）将材料与溶剂进行固液分离，将所余固体用无水乙醇和无氧去离子水分别洗涤三次，在40～65°C条件下烘干10～72h，所得即为纳米零价铁负载的废白土基活性炭；（6）所述铁盐可选氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的任一种；还原剂可选硼氢化钠（NaBH4）、硼氢化钾（KBH4）中的任一种，还原剂浓度为0.25～0.45mol/L。纳米零价铁负载的废白土基活性炭去除水中重金属离子的使用方法：向遭受重金属污染待净化的水体投加纳米零价铁负载的废白土基活性炭材料，投加量在0.2～25g/L，之后充分混合均匀，控制其气体氛围为有氧和无氧两种状态，使其去除时间持续0.5～24h，完成之后利用外加磁场即可实现固液分离；或将材料填充为吸附柱，将受污染水体以0.5～6m/h的流速通过吸附柱。失活的纳米零价铁负载的废白土基活性炭通过碱液解吸的方法再生：（1）将失活的纳米零价铁负载的废白土基活性炭在65～110°C条件下烘干10～72h；（2）将干燥后的失活材料放置在碱溶液中搅拌12～36h，利用减压抽滤或过滤和外加磁场实现固液分离，在65～110°C条件下烘干10～72h，所得即为再生的纳米零价铁负载的废白土基活性炭。（3）所述碱溶液可选氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任一种，碱溶液浓度为0.05～2mol/L，氨水质量分数为10～25%。与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的优点：（1）本专利技术中活性炭的原材料为废白土，将废白土通过在无氧的条件下对废白土进行热解制备为废白土基活性炭的方法有利于保护环境，且能够达到以废治废的目的。（2）纳米零价铁负载在废白土基活性炭上，不仅有利于解决纳米零价铁的团聚问题，而且有效增强对重金属离子的去除效率。具体实施方式：下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。实施例1：废白土基活性炭的制备：将废白土取出部分放在105°C烘箱烘干48h，使用粉碎机粉碎废白土至粒径小于0.150mm。将筛分的废白土颗粒放于真空管式炉中，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于去除水中重金属的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法，其特征在于，废白土采用无氧热解方式制成废白土基活性炭，利用液相还原法制备得到纳米零价铁负载的废白土基活性炭，用于水中重金属离子的去除，去除完成后，利用减压抽滤或过滤和外加磁场即可实现固液分离，材料失去活性后可多次再生，再生后的材料可以被重复利用。/n

【技术特征摘要】
1.用于去除水中重金属的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法，其特征在于，废白土采用无氧热解方式制成废白土基活性炭，利用液相还原法制备得到纳米零价铁负载的废白土基活性炭，用于水中重金属离子的去除，去除完成后，利用减压抽滤或过滤和外加磁场即可实现固液分离，材料失去活性后可多次再生，再生后的材料可以被重复利用。


2.根据权利要求1所述的用于去除水中重金属离子的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备及使用方法，去除的重金属离子包括具有显著生物毒性的镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pb）、汞（Hg）、类金属砷（As），以及具有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、钴（Co）、镍（Ni）、锡（Sn），所述的废白土来源于食用油精制和精炼过程。


3.根据权利要求1所述的废白土基活性炭的制备方法，所述的废白土基活性炭是采用如下步骤制备：
（1）将废白土在65～110°C条件下烘干10～72h；
（2）通过研磨或粉碎控制粒径小于5.0mm；
（3）将废白土颗粒放置于无氧气氛和高温下热解0.5～4h，待温度低于100°C时取出，所得即为废白土基活性炭。


4.根据权利要求1所述的无氧热解方式，其热解温度为300～1000°C，升温时间为0.5～4h，无氧气氛可采用体系密闭和惰性气体保护（氮气或氩气）其中任意一种方式，气体流量为50～1000mL/min。


5.根据权利要求1所述的可再生纳米零价铁负载的废白土基活性炭的制备方法，所述的纳米零价铁负载的废白土基活性炭是采用如下步骤制备：
（1）将废白土基活性炭在65～110°C条件下烘干10～72h；
（2）通过研磨或粉碎控制粒径小于5.0mm；
（3）将无水乙醇与去离子水按照1:1~1:4的体积比混合，作为溶剂；
（4）将铁盐和废...

【专利技术属性】
技术研发人员：万东锦，史亚慧，陈兆辉，陈静，刘永德，张健，何巧冲，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41