一种氮硫协同改性微米零价铁材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种氮硫协同改性微米零价铁材料及其制备方法与应用，该材料以硫化钠、氯化铵、微米零价铁为硫源、氮源、铁源，其中硫铁摩尔比为0.056：1，氮铁摩尔比为0.056：1。与硫化钠反应一段时间后再加入氯化铵进行振荡反应，从而形成一种氮硫协同改性微米零价铁材料，将该材料加入到含铬废水中，机械搅拌，可达到10分钟内快速完全去除反应体系中铬污染物的目的。所述与铵盐反应的时间包括7h、10h、12h、24h。本发明专利技术引入不同电负性的杂原子，包括硫和氮，实现对主体材料进行有效改性，以克服原始零价铁易钝化、去除污染物的pH适用范围较窄以及不易储存等问题，具有环境友好且高效等优点，对未来工业废水处理提供了重要的理论支撑。撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
一种氮硫协同改性微米零价铁材料及其制备方法与应用

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[0001]本专利技术属于环境污染控制领域，具体涉及一种氮硫协同改性微米零价铁及其制备方法以及去除水体中六价铬的应用。

技术介绍
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[0002]重金属污染是水环境污染的一种重要类型，近些年涉及重金属污染的水污染事故占比较高。重金属在水体中具有较高溶解度、高毒性、高持久性，且易被生物体吸收富集，可能导致生命体畸形或突变，对生物的健康具有重大影响。由于重金属不能被降解，所以当水体遭受重金属污染时，由于本身的自净能力有限，必须依靠外力改变重金属的化学形态以降低毒性或者通过某转手段将重金属转移出水体。零价铁具有含量丰富、给电子能力强、成本低廉等优点，能够有效的去除水体中的有机污染物、重金属等。而当今如何解决零价铁易钝化、不易储存等问题则是目前研究的重点。
[0003]中国专利文件CN114588923A公开了一种氮掺杂零价铁纳米材料及制备方法与应用，以明胶、醋酸亚铁分别为氮源、铁源，通过溶解、混合、搅拌、烘干、研磨、高温烧制的方式合成氮掺杂零价铁纳米材料。但是上述方法的制备步骤较为复杂繁琐，且操作存在一定的安全隐患。

技术实现思路
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[0004]针对现有技术的不足，特别是零价铁的钝化膜去除技术，以及零价铁对水体中Cr(VI)污染物的去除效率需要进一步提高等相关问题，本专利技术提供一种硫化氮化协同改性微米零价铁材料及其制备方法，以及快速去除水体中六价铬的应用。通过负载氮、硫于零价铁表面，形成铁氮化合物、铁硫化合物，协同Fe(Ⅱ)、Fe(0)等其他还原剂加速零价铁去除水体中Cr(VI)，具有高效且操作简易等优点。
[0005]专利技术概述：
[0006]本专利技术在微米零价铁经过硫化钠硫化后加入铵盐，与铵盐充分反应后，形成一种氮硫协同改性微米零价铁材料，将该材料加入到含铬废水中，机械搅拌，达到快速去除水体中铬污染物的目的。
[0007]专利技术详述：
[0008]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一种氮硫协同改性微米零价铁材料，该材料中硫铁摩尔比为(0.05
‑
0.06)：1，氮铁摩尔比为(0.05
‑
0.06)：1。
[0010]根据本专利技术，优选的，该材料中硫铁摩尔比为0.056：1，氮铁摩尔比为0.056：1。
[0011]根据本专利技术，上述氮硫协同改性微米零价铁材料的制备方法，包括：
[0012]在乙酸
‑
乙酸钠缓冲溶液中，微米零价铁在无氧条件下恒温振荡以去掉零价铁表面的钝化层薄膜，加入硫化钠后继续振荡；随后在该体系中加入铵盐，再振荡一段时间，经过滤、冷冻干燥，即得氮硫协同改性微米零价铁材料。密封保存。
[0013]根据本专利技术，优选的，所述微米零价铁颗粒粒径约75μm，在70
‑
80μm。
[0014]根据本专利技术，优选的，所述铵盐为氯化铵，浓度为1mol/L。
[0015]根据本专利技术，优选的，乙酸
‑
乙酸钠缓冲溶液pH＝6，浓度为0.2mol/L。
[0016]根据本专利技术，优选的，零价铁与氯化铵的摩尔比为1：(0.05
‑
0.06)，最优选1：0.056。
[0017]根据本专利技术，优选的，零价铁与硫化钠、氯化铵的摩尔比为1：(0.05
‑
0.06)：(0.05
‑
0.06)，最优选1：0.056：0.056。
[0018]根据本专利技术，优选的，微米零价铁在无氧条件下振荡的时间为10min。
[0019]根据本专利技术，优选的，上述反应体系中硫化钠反应的时间为12h。
[0020]根据本专利技术，优选的，上述反应体系中与氯化铵反应(负载氮)的时间为10h。
[0021]根据本专利技术，上述氮硫协同改性微米零价铁材料在处理含铬废水中的应用。
[0022]根据本专利技术，还提供上述氮硫协同改性微米零价铁材料快速处理含铬废水的方法，包括步骤如下：
[0023]向含铬废水中投加氮硫协同改性微米零价铁材料，机械搅拌下反应，实现含铬废水的快速处理。
[0024]根据本专利技术处理含铬废水的方法，优选的，所述机械搅拌桨为聚四氟乙烯搅拌棒桨。
[0025]根据本专利技术处理含铬废水的方法，优选的，氮硫协同改性微米零价铁材料的投加量为0.2g/L。
[0026]根据本专利技术处理含铬废水的方法，优选的，废水中Cr(VI)的浓度为5mg/L。
[0027]根据本专利技术处理含铬废水的方法，优选的，该反应系统为pH＝5的浓度为0.2mol/L乙酸
‑
乙酸钠缓冲溶液。
[0028]根据本专利技术处理含铬废水的方法，优选的，搅拌反应的转速为400
±
10r/min，反应时间为45min。
[0029]根据本专利技术处理含铬废水的方法，优选的，反应体系为500mL的烧杯体系。
[0030]根据本专利技术处理含铬废水的方法，优选的，该反应体系在好氧条件(暴露于空气中)进行。
[0031]铁氮化合物中由于铁原子的低配位环境有利于吸附质的电子转移、吸附和活化而被广泛认为是单铁原子催化剂中的催化表面位点。本专利技术通过在材料制备体系中先后添加硫化钠、氯化铵，成功将硫、氮物种与零价铁结合，以产生氮硫协同改性微米零价铁。氮硫协同改性微米零价铁材料通过调控表面结构，促进通过氧化铁表面层的电子转移，且实现新形成的铁氮化物与铁硫化物协同去除废水中Cr(
Ⅵ
)的目的。
[0032]本专利技术的有益效果：
[0033]本专利技术在原始的微米零价铁上，成功负载了氮元素、硫元素，实现了氮物种与硫物种在微米零价铁表面的修饰，增加了材料的比表面积，提供更多的反应活性位点，加速材料与污染物的吸附，以及促进二价铁离子的释放，从而加速对污染物还原去除的目的。
[0034]本专利技术对氮硫协同改性微米零价铁材料去除废水中重金属铬的研究，发现该材料能够在乙酸
‑
乙酸钠的反应体系中10分钟内快速去除污染物，而硫化零价铁在同样反应体系中需要20分钟才能达到同样的效果，至于零价铁在该反应条件下180分钟时对Cr(
Ⅵ
)的
去除效率仅为51.74％。
[0035]通过引入不同电负性的杂原子硫和氮，实现对主体微米零价铁材料进行有效改性，有效克服了原始零价铁材料易钝化、去除污染物的pH适用范围较窄等问题。而且本专利技术涉及的制备工艺简单、制备材料的原料廉价易得，对环境绿色友好。
附图说明：
[0036]下面结合附图和实施案例对本专利技术的进一步说明。
[0037]图1是实施例1中硫化零价铁材料的扫描电镜图。
[0038]图2是实施例1中氮硫协同改性微米零价铁材料的扫描电镜图。
[0039]图3是实施例1中氮硫协同改性微米零价铁材料的元素Mapping图。
[0040]图4是实施例1中制得的氮硫协同改性微米零价铁材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮硫协同改性微米零价铁材料，其特征在于，该材料中硫铁摩尔比为(0.05
‑
0.06)：1，氮铁摩尔比为(0.05
‑
0.06)：1。2.一种权利要求1所述的氮硫协同改性微米零价铁材料的制备方法，包括步骤如下：在乙酸
‑
乙酸钠缓冲溶液中，微米零价铁在无氧条件下恒温振荡以去掉零价铁表面的钝化层薄膜，加入硫化钠后继续振荡；随后在该体系中加入铵盐，再振荡一段时间，经过滤、冷冻干燥，即得氮硫协同改性微米零价铁材料。3.根据权利要求2所述的氮硫协同改性微米零价铁材料的制备方法，其特征在于，所述铵盐为氯化铵。4.根据权利要求2所述的氮硫协同改性微米零价铁材料的制备方法，其特征在于，乙酸
‑
乙酸钠缓冲溶液pH＝6，浓度为0.2mol/L。5.根据权利要求3所述的氮硫协同改性微米零价铁材料的制备方法，其特征在于，零价铁与硫化钠、氯化铵的摩尔比为1：(0.05
‑
0.06)：(0.05
‑
0.06)。6.根据权利要求3所述的氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：许春华，张堰实，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：