一种零价铁复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种零价铁复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的零价铁复合材料能够克服传统零价铁易团聚、不稳定的技术缺陷，在增加表面活性位点的同时，进一步采用多孔材料进行包覆，从而保持硼酸化零价铁的活性。本发明专利技术采用球磨法即可制得零价铁复合材料，反应条件简单，易于操作，工业化方便。将本发明专利技术的零价铁复合材料应用于土壤修复，能对污染物为多溴联苯醚和/或重金属且污染程度不同的土壤进行治理和修复，具有很好的发展前景。具有很好的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
一种零价铁复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于环境化学
，尤其涉及一种零价铁复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]土壤是人类生态环境的重要组成部分，也是人类赖以生存的主要自然资源之一。但目前各种环境问题日益突出，土壤污染已成为世界上严重的环境问题之一。造成土壤污染的主要污染物有重金属、持久性有机污染物、石油等。其中主要由重金属与有机物造成的复合污染土壤的修复十分困难，但由于其污染特点，重金属渗入土壤，进入河流和地下水，将会造成当地土壤和地下水的污染，直接或间接地对当地的居民及其它的生物造成损伤；有机物挥发或经空气或水入口后，可能会对人体或生物的健康造成了极大威胁。
[0003]多溴联苯醚(Polybrominated diphenyl ethers，PBDEs)作为常用、廉价的溴代阻燃剂，被广泛地应用于多种行业。作为POPs(Persistent Organic Pollutants，持久性有机污染物)中的一类污染物，具有持久性、毒性、致癌性与致突变性，是一类具有生态风险的全球环境有机污染物。铅是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属，主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械等。铅是通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉主要来源有电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水；废旧电池中镉含量较高。铜及其化合物在环境中所造成的污染。主要污染来源是铜锌矿的开采和冶炼、金属加工、机械制造、钢铁生产等。冶炼排放的烟尘是大气铜污染的主要来源。这些污染物造成了土壤、大气、水体的严重污染。大气与水体污染相比土壤污染治理较容易，这也造成了土壤污染问题被搁置。近年来中国也逐步出台一系列政策来保护环境，避免走先污染后治理的老路。
[0004]目前有关重金属的修复方法有许多，有关有机物的修复方法也有很多，但复合污染修复的方法没有有效的技术。针对重金属的修复方法主要包括物理修复、化学修复、植物修复及微生物修复等。可以预料，土壤重金属污染修复将向着植物修复和微生物修复的方向发展，并且多种修复方法的综合使用将受到越来越多的重视。针对土壤有机物污染的修复技术主要有：植物修复、原位生物修复、异位生物修复、玻璃化修复、热力学修复、热解吸修复、电动力学修复、换土法等。现有的这些修复方法都存在着反应条件要求较高、成本高、并且易产生二次污染等不足。近年来，国际上新兴的纳米零价铁原位修复技术是土壤中有机污染物的有效修复技术之一。纳米零价铁由于强的还原性，以及来源广泛，成本低等优点受到许多学者的青睐。但是纳米零价铁由于小尺寸效应以及表面积效应，表现出不稳定，易团聚，并且易被氧化形成钝化层针铁矿(α
‑
FeOOH)、纤铁矿(γ
‑
FeOOH)、磁铁矿(Fe3O4)，导致颗粒表面的活性点位下降，从而使其应用受到了阻碍。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一个方面提出一种零价铁复合材料，能够克服传统零价铁易团聚、不稳定的技术缺陷，在增加表面活性位点的同时，进一步采用多孔材料进行包覆，从而保持硼酸化零价铁的活性。
[0006]本专利技术的第二个方面提出了一种上述零价铁复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术的第三个方面提出了一种上述零价铁复合材料在土壤修复中的应用。
[0008]本专利技术的第四个方面提出了一种土壤修复方法。
[0009]根据本专利技术的第一个方面，提出了一种零价铁复合材料，包括硼酸化零价铁，所述硼酸化零价铁表面包覆有多孔材料。
[0010]本专利技术中，将零价铁硼酸化，能克服零价铁表面钝化层较厚，零价铁钝化层阻止电子传递、Fe核腐蚀的缺陷，硼酸可作为电子传输体，使其电子传输效率提高，增强Fe核腐蚀，再用多孔材料进行包覆，使得硼酸化零价铁被包裹在多孔材料里面，从而保持硼酸化零价铁的化学活性。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述硼酸化零价铁为零价铁表面的部分或全部羟基基团被
‑
OB(OH)2基团取代的零价铁或者零价铁表面针铁矿(α
‑
FeOOH)、纤铁矿(γ
‑
FeOOH)钝化层减少的零价铁。
[0012]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述硼酸化零价铁与所述多孔材料的质量比为(15～20)：(1～5)，进一步优选为(17～19)：(1～3)。
[0013]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述多孔材料选自沸石、多孔炭、多孔硅、金属有机框架(MOFs)、自具微孔聚合物(PIMs)中的至少一种。
[0014]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述零价铁复合材料的粒径为≤30μm。
[0015]根据本专利技术的第二个方面，提出了一种零价铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：将硼酸化零价铁和多孔材料置于球磨机中在惰性氛围下研磨后制得。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述硼酸化零价铁的制备方法为：将硼酸溶液和零价铁混合搅拌后制得。
[0017]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述硼酸和所述零价铁的投料质量份比为(85～95)：(5～15)。
[0018]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述零价铁为还原铁粉Fe0。
[0019]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述球磨机的转速为300rpm～500rpm。
[0020]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述研磨的时间为4h～24h。
[0021]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述球磨机中球料质量比为(10～20)：1。
[0022]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述球磨机的旋转方向每30min自动换向。
[0023]根据本专利技术的第三个方面，提出了一种上述零价铁复合材料在土壤修复中的应用。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述土壤为污染土壤，污染物可包括多溴联苯醚和铜、铅、镉等重金属中的至少一种。
[0025]根据本专利技术的第四个方面，提出了一种土壤修复方法，包括将上述零价铁复合材料和氧化剂投加于土壤中混合，进行原位修复。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，所述零价铁复合材料和所述氧化剂的质量比为(6～
3)：1。
[0027]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧化剂选自过硫酸钠、过一硫酸钠、过氧化氢中的至少一种。
[0028]本专利技术的有益效果为：
[0029]1.本专利技术的零价铁复合材料将零价铁硼酸化后再用多孔材料进行包覆，克服了传统零价铁易团聚、不稳定的技术缺陷，在增加表面活性位点的同时，进一步采用多孔材料进行包覆，从而保持硼酸化零价铁的活性。
[0030]2.本专利技术采用球磨法即可制得零价铁复合材料，反应条件简单，易于操作，工业化方便。
[0031]3.将本专利技术的零价铁复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零价铁复合材料，其特征在于：包括硼酸化零价铁，所述硼酸化零价铁表面包覆有多孔材料。2.根据权利要求1所述的零价铁复合材料，其特征在于：所述硼酸化零价铁为零价铁表面的部分或全部羟基基团被
‑
OB(OH)2基团取代的零价铁或者零价铁表面针铁矿、纤铁矿钝化层减少的零价铁。3.根据权利要求1所述的零价铁复合材料，其特征在于：所述硼酸化零价铁与所述多孔材料的质量比为(15～20)：(1～5)。4.根据权利要求1所述的零价铁复合材料，其特征在于：所述多孔材料选自沸石、多孔炭、多孔硅、金属有机框架、自具微孔聚合物中的至少一种。5.根据权利要求1～4任一项所述的零价铁复合材料，其特征在于：所述零价铁复合材料的粒径为≤30μm。6.一种零价铁复合材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：方战强，薛成杰，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：