镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种针对性去除水环境中全氟辛酸的镁铝水滑石负载纳米零价铁材料的制备方法及其对全氟辛酸的优化去除工艺，属于以吸附法和氧化还原法去除水中持久性有机污染物的技术领域，具体涉及通过液相还原法在镁铝水滑石上负载纳米零价铁制备复合材料，不仅通过镁铝水滑石对全氟化合物进行吸附，还能通过纳米零价铁对其进行降解，真正实现全氟辛酸污染水体的无害化。染水体的无害化。

【技术实现步骤摘要】
镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用


[0001]本申请属于污水处理技术，特别是涉及一种镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]全氟辛酸(PFOA)因其高表面活性、高热稳定性、高化学稳定性及双重亲疏水性，在工业领域得到广泛应用。然而随着PFOA在环境相中被频繁检出，其带来的危害也引发了关注，研究显示PFOA的生物富集性、生物放大性和毒性，已对人类健康造成严重威胁，成为继有机氯农药、戴奥辛之后引起高度重视新型难降解有机物。根据文献报道，黄浦江水体中检出14种全氟烷酸类化合物，总含量范围为39.8～596.2ng.L
‑1，其中PFOA和PFOS为主要物质，均值分别为139.6ng.L
‑1和46.5ng.L
‑1；松花江江水中全氟化合物总体浓度为0.143～1.41ng.L
‑1，污染主要来自当地污水处理厂排入的废水，其中PFOA检出率最高，浓度范围为未检出0.678ng.L
‑1。
[0003]由于PFOA中的F元素具有很强的电子诱导效应，形成极性和稳定性极强的C
‑
F键，同时全氟化作用能够保护C
‑
C键免受破坏，一般的常规方法很难将其去除，近期已经报道了生物法、氧化法及还原法等能够有效去除水环境中PFOA的技术，但是它们普遍存在高能耗，操作复杂和反应条件苛刻等缺陷。吸附法因其成本低、操作简便、效率高及实用性强等优点备受学者们的青睐，吸附剂是吸附法的核心。水处理中常用的吸附剂主要包括活性碳、黏土和离子交换树脂等。活性碳虽具有较好的经济效益但对污染物的吸附效果有限，离子交换树脂对PFOA的去除效果佳，但价格高昂。此外，单一吸附方法还面临只是将污染物转移，不能降解，使用过的吸附剂成为危险废物的弊端。
[0004]水滑石作为一种阴离子型纳米黏土材料，具有特殊的层状结构，能够为PFOA提供可交换的层间阴离子，并且其空间可根据吸附化合物的大小而增加。与活性碳这类微孔吸附剂不同，PFOA胶束/半胶束的形成不会抑制水滑石的吸附效果，在此条件下水滑石对PFOA的作用效果还能在一定程度上得到提升。纳米零价铁(简称NZVI)由粒径为1nm
‑
100nm的零价铁粒子组成，具有经典的核壳结构，即具有零价铁的内核以及铁氧化物的外壳。在对污染物的去除过程中，氧化铁壳充当吸附污染物的位点，而铁芯充当促进还原反应的电子供体。但由于其自身的表面活性以及磁性，NZVI的应用与表现常受限于颗粒之间的团聚以及材料易被氧化的性质。为了克服NZVI易氧化、易团聚、易钝化的不足，充分发挥NZVI作用效果，表面钝化以及负载已成为近年来零价铁材料的主要研究方向。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对上述现有技术，本申请提供了一种镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料及其制备方法与应用。
[0006]技术方案：本申请所述的一种镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)配制硫酸亚铁溶液，通氮气，加入镁铝水滑石搅拌混合；
[0008](2)在氮气氛围中，边搅拌边向步骤(1)的混合液中滴加硼氢化钠溶液，滴加结束后继续搅拌得悬浊液；
[0009](3)离心、洗涤，干燥得镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料。
[0010]步骤(1)中，所述镁铝水滑石研磨过50目筛。
[0011]步骤(2)中，硫酸亚铁溶液和硼氢化钠溶液中的Fe
2+
：BH4‑
的摩尔比为1:2
‑
1:4。
[0012]步骤(2)中，在氮气氛围中，400
‑
450rpm的搅拌速度下，以2
‑
5mL/min的滴加速度将硼氢化钠溶液逐滴加入亚铁溶液中。
[0013]步骤(2)中，滴加结束后继续以400
‑
450rpm的转速搅拌10
‑
30min。
[0014]步骤(3)中，所述复合材料中的纳米零价铁粒径在100
‑
500nm。
[0015]步骤(3)中，依次用无水乙醇、超纯水洗涤，优选用无水乙醇洗涤三次，再用超纯水洗涤三次。
[0016]步骤(3)中，离心转速在3000rpm以上，离心10min以上；离心洗涤后采用冷冻干燥。
[0017]本申请还公开了上述制备所得镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料，其中负载的零价铁由零价铁内核以及氧化铁外壳组成，负载过程依然保留零价铁的形态特征。
[0018]本申请还公开了上述镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料在全氟辛酸去除中的应用。具体的，在PFOA溶液中加入镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料，室温条件下，震荡进行对PFOA的去除。
[0019]优选的，在PFOA溶液中按固液比为1g/L加入镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料，调整pH为9.0，反应2小时。
[0020]零价铁的粒径大小直接影响其是否能成功负载于镁铝水滑石，本专利技术探索出了适合负载于镁铝水滑石上的纳米零价铁制备,关键实验步骤包括配制Fe
2+
：BH4‑
摩尔比为1:2
‑
1:4的反应溶液浓度，在氮气氛围中，400
‑
450rpm的搅拌速度下，以2
‑
5mL/min的滴加速度将硼氢化钠溶液逐滴加入亚铁溶液中，此方法制得的纳米零价铁粒径在100
‑
500nm范围内，可高效地负载在镁铝水滑石上。本专利技术还进一步探索了不同pH条件下复合材料对全氟辛酸的去除效率，筛选出最佳水环境pH，建立一套高效的全氟辛酸去除工艺。
[0021]本专利技术针对全氟辛酸的化学特性，利用水热法合成镁
‑
铝层状双氢氧化物，并负载硼氢化钠还原法制备的纳米零价铁制成功能性纳米零价铁材料，对其进行表面形貌和微观结构表征，并探究复合材料在不同水环境条件下对PFOA的去除效能和机制，提出一套高效的镁铝水滑石负载纳米零价铁去除PFOA的工艺。
[0022]有益效果：本专利技术提出一种用于去除PFOA的镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料的制备方法，其优势在于(1)原材料经济、易得，生产成本低，能耗少，对环境友好，产物纯度高，具有较好的应用前景；(2)本方法制得的水滑石具有良好的沉降性能，可以克服传统的吸附剂在吸附后不易与水体分离的缺点；(3)本方法制得的水滑石负载纳米零价铁复合材料明显提高了零价铁对PFOA的去除能力，如第七部分的PFOA去除效果所示，特别在pH 5.0和pH 9.0水环境中，将纳米零价铁负载在水滑石上可将其对PFOA的去除效率提升2
‑
5倍。
附图说明
[0023]图1复合材料的X射线光电子能谱(XPS)全扫图；
[0024]图2复合材料中Fe2p XPS窄扫分峰结果；
[0025]图3液相还原法制得复合材料EDS图；
[0026]图4浸渍还原法制得的复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配制硫酸亚铁溶液，通氮气，加入镁铝水滑石搅拌混合；(2)在氮气氛围中，边搅拌边向步骤(1)的混合液中滴加硼氢化钠溶液，滴加结束后继续搅拌得悬浊液；(3)离心，取沉淀洗涤，干燥得镁铝水滑石负载纳米零价铁复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镁铝水滑石研磨过50目筛。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硫酸亚铁溶液和硼氢化钠溶液中的Fe
2+
：BH4‑
的摩尔比为1:2
‑
1:4。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在氮气氛围中，400～450rpm的搅拌速度下，以2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈求稳，严晗璐，张建云，廖雪珂，姚天启，王智源，陈诚，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：