本发明专利技术公开了一种含铬废水的还原固定化处理材料、制备方法应用及装置。所述含铬废水的还原固定化处理材料包括Cu2O和Fe2O3，还包括CeO2，所述Cu2O与Fe2O3均匀分布，CeO2作为电子导线掺杂在Cu2O与Fe2O3之间。本发明专利技术中CeO2作为电子导线掺杂在Cu2O与Fe2O3之间，能够强化材料内部的电子传递，从而增强材料的反应活性，利用以有机酸配体盐为主要成分的药剂包，使其与合成的含铬废水的还原固定化处理材料界面之间发生多元的物理化学作用，显著提升六价铬还原和三价铬固定化效率，由此解决现有功能材料实际应用于复杂环境中难以原位连续除铬的技术问题。术问题。术问题。
【技术实现步骤摘要】
含铬废水的还原固定化处理材料、制备方法、应用和装置
[0001]本专利技术属于重金属铬污染废水治理
，更具体地，涉及一种含铬废水的还原固定化处理材料、制备方法应用及装置。
技术介绍
[0002]随着工业化的快速发展，人类对重金属的需求和利用不断扩大，其广泛应用于如蓄电池、汽车燃料、照相胶片、各种炸药、涂料、航空和钢铁等行业。但是，因其堆积、储存、处理、处置等方式不当，排放泄露到地表/地下水环境中，形成众多重金属污染水体。六价铬(Cr(VI))是其中最常见的重金属污染物之一，具备溶解性、迁移性强，以及高毒性和致癌性等特点，严重危害生态环境和人类健康，因此，研究开发高效经济的去除技术势在必行，也是水处理中的研究热点。
[0003]吸附法、膜过滤法、离子交换法、还原法等去除Cr(VI)的方法在过去的几十年里备受关注。然而吸附剂的损失和昂贵的再生费用限制其应用，膜的快速堵塞与定期更换需要较高的投资成本，寻求高效的树脂再生方法和控制Cr溶出的二次污染风险仍是离子交换技术中需要解决的难题。由于Cr(III)相对无毒，并且能够被后续沉淀或阳离子吸附单元简单去除，因此从实际应用的角度来看，将Cr(VI)还原为化学稳定的Cr(III)的技术是一种技术简单的，费用低廉的，更为可靠的处置技术。
[0004]然而，许多实际铬污染水体原位pH值一般都是接近中性到碱性的，亚硫酸盐还原、金属还原、电还原、光还原和生物还原等Cr(VI)的还原解毒技术仅在酸性环境下有效，在近中性至碱性水环境中作用显著减弱甚至完全消失。
[0005]具备还原性的双金属材料，例如Cu
‑
Fe氧化物复合材料，晶体结构中具有典型的“电荷有序的混合氧化还原对”—Cu
+
/Fe
3+
、Cu
2+
/Fe
2+
，可以形成材料内部原电池并诱导两种金属阳离子之间的快速电子转移，将有利于加快Cr(VI)还原速率以及拓宽Cr(VI)还原的pH范围。然而，铜铁之间电子传递效率如何进一步提升仍然是研究者关注的热点。
[0006]近年来，研究报道了水体中常见有机酸配体如乙二胺四乙酸(EDTA)、草酸(Ox)、柠檬酸(Cit)及酒石酸(Tar)等是参与并影响铬元素水环境中的迁移、转化、固定等化学行为的一个重要因素。研究者发现有机酸配体能够显著促进Cr(VI)的还原，并且不同配体展现出强化性能差异。然而配体能够配合并溶解还原后原位形成的Fe(III)
‑
Cr(III)氢氧化物，虽然更新了还原位点，但强烈干扰原位固定Cr(III)的过程。显然，在各种金属材料中实现连续原位还原Cr(VI)和固定生成的Cr(III)是非常困难的，特别是在存在有机酸配体杂质的情况下，依赖于金属材料中不同的功能位点实现异位的铬还原和固定化仍然是一个巨大的挑战，亟需要开发创新的复合材料和结合新的技术，实现中性及复杂的水/废水环境中的高效除铬。
技术实现思路
[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种含铬废水的还原固定化
处理材料、制备方法应用及装置，其目的在于CeO2作为电子导线掺杂在Cu2O与Fe2O3之间，能够强化材料内部的电子传递，从而增强材料的反应活性。同时利用以有机酸配体盐为主要成分的药剂包，使其与合成的特殊复合材料界面之间发生多元的物理化学作用，显著提升六价铬还原和三价铬固定化效率，由此解决现有功能材料实际应用于复杂环境中难以原位连续除铬的技术问题。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了含铬废水的还原固定化处理材料，包括Cu2O和Fe2O3，还包括CeO2，所述Cu2O与Fe2O3均匀分布，CeO2作为电子导线掺杂在Cu2O与Fe2O3之间。
[0009]优选地，所述还原固定化处理材料中铜、铈、铁这三种元素的摩尔比为(0.2
–
2.0):(0.05
–
0.1):1。
[0010]优选地，所述还原固定化处理材料的氧空位缺陷含量最大值为7.5％，Cu
+
在所有铜价态中的含量最大值为100％。
[0011]按照本专利技术另一个方面，提供了一种含铬废水的还原固定化处理材料的制备方法，包括下列步骤：
[0012](1)将铜盐、铈盐与亚铁盐溶解到酸性溶液中得到前驱体溶液；
[0013](2)将所述前驱体溶液滴加入碱液中后陈化24h得到固体颗粒，将固体颗粒用清水洗涤至pH值为中性；将洗涤后的固体颗粒干燥后得到所述含铬废水的还原固定化处理材料。
[0014]优选地，所述铜盐中铜元素、铈盐中铈元素与亚铁盐中铁元素的的摩尔比为(0.2
–
2.0):(0.05
–
0.1):1。对于铜铁摩尔比，若所述摩尔比小于0.2:1，则铜的含量过低，影响材料的还原活性；若所述摩尔比大于2.0:1，则铁的含量过低，无法保证比表面积较大的复合材料，难以实现还原生成三价铬的有效固定。对于铈铁摩尔比，若所述摩尔比大于0.1:1，由于铈太多会减少Cu反应位点暴露在材料表面；若所述摩尔比小于0.05:1，则会由于铈掺杂量过少难以实现材料还原性能的显著强化。
[0015]优选地，铜盐为乙酸铜，亚铁盐为氯化亚铁；铈盐为硝酸铈；所述酸性溶液包括醋酸溶液和/或盐酸溶液。所述酸性溶液的pH为2
–
4。优选为2.5
–
3。若所述pH大于4，会使得亚铁盐被氧化，减弱最终得到材料的反应活性。
[0016]优选地，所述碱液为浓度为1.0
–
2.0mM的NaOH；所述干燥为在40
–
55℃下干燥12h。低温下干燥温度为40
–
55℃。温度过低导致干燥时间延长，温度高于55℃后会造成材料中铜铁位点的氧化，且能够促使复合材料发生晶型转变，影响其反应活性。
[0017]优选地，步骤(2)中，将固体颗粒用清水洗涤至pH值为中性，中性pH范围为6.5
–
7.5。若pH大于7.5或小于6.5，则后续用于含铬废水处理时将材料投加到反应槽中会改变影响反应初始pH偏碱或偏酸性。
[0018]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种含铬废水的还原固定化处理材料。所述复合材料包括Cu2O氧化物、CeO2氧化物及Fe2O3氧化物，铜铈铁三元氧化物中的Cu2O与Fe2O3均匀分布，而CeO2氧化物则以类似导线的形式掺杂在其它两种氧化物之间，具备能够强化铜铁氧化物之间电子传递作用的能力。
[0019]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种含铬废水的还原固定化处理材料的应用，用于强化含铬废水处理，包括：
[0020]将所述含铬废水的还原固定化处理材料加入含铬废水的同时，加入药剂包，所述药剂包含有机酸配体盐。
[0021]优选地，所述有机酸配体盐为柠檬酸盐(柠檬酸钠或柠檬酸钾)、草酸盐(草酸钠或草酸钾)、酒石酸盐(酒石酸钠或酒石酸钾)和EDTA中的一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含铬废水的还原固定化处理材料，包括Cu2O和Fe2O3，其特征在于，还包括CeO2，所述Cu2O与Fe2O3均匀分布，CeO2作为电子导线掺杂在Cu2O与Fe2O3之间。2.根据权利要求1所述还原固定化处理材料，其特征在于，所述还原固定化处理材料中铜、铈、铁这三种元素的摩尔比为(0.2
–
2.0):(0.05
–
0.1):1。3.根据权利要求1或2所述还原固定化处理材料，其特征在于，所述还原固定化处理材料的氧空位缺陷含量最大值为7.5％，Cu
+
在所有铜价态中的含量最大值为100％。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述含铬废水的还原固定化处理材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)将铜盐、铈盐与亚铁盐溶解到酸性溶液中得到前驱体溶液；(2)将所述前驱体溶液滴加入碱液中后陈化得到固体颗粒，将固体颗粒用清水洗涤至pH值为中性；将洗涤后的固体颗粒干燥后得到所述含铬废水的还原固定化处理材料。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜盐中铜元素、铈盐中铈元素与亚铁盐中铁元素的摩尔比为(0.2
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2.0):(0.05
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0.1):1；所述碱液为浓度为1.0
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2.0mM的NaOH；所述干燥为在40
–
55℃下干燥；所述酸性溶液包括醋酸溶液和/...
【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，王晨，娄伟，吴晓晖，黄明杰，向威，刘天伦，
申请(专利权)人：湖南省和清环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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