一种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料的复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料的复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法为：(1)混合铁盐溶液、修饰金属材料溶液以及载体材料，搅拌均匀后得到第一混合液；(2)惰性气体氛围下，向步骤(1)所得第一混合液中滴加还原性药剂溶液，反应后静置得到第二混合液；(3)无氧处理步骤(2)所得第二混合液，而后在惰性气体氛围下混合增强剂，油封后得到所述强化微生物环境/改性纳米铁复合材料。本发明专利技术提供的复合材料可以用于原位修复地下水中含氯挥发性有机污染物；此外，对持续缓慢释放到地下水中难降解的含氯挥发性有机污染物有持久性作用效果。染物有持久性作用效果。染物有持久性作用效果。

【技术实现步骤摘要】
一种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料的复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于环境功能材料和环境修复领域，涉及一种具有吸附、化学还原和强化微生物性能的复合材料，具体涉及一种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料的复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]含氯挥发性有机化合物(Chlorinated Volatile Organic Compounds,CVOCs)是VOCs的一种，常见的有氯苯(PhCl)、二氯甲烷(DCM)、二氯乙烷(DCE)、三氯甲烷(TCM)、三氯乙烯(TCE)、四氯化碳(CT)、四氯乙烯(TTCE)等。氯代有机化合物主要来自工业生产，如电子半导体行业的三氯乙烯，广泛使用的工业溶剂二氯甲烷，干洗行业经常用到的四氯乙烯等。氯代烃生产中会有大量氯代烃混合物作为废弃副产物，如氯乙烯生产中的废液中含有低沸点的二氯乙烷、氯仿、四氯化碳、顺式和反式二氯乙烯，他们约占氯乙烯单位产量的1.2％。高沸点副产物主要为1,1,2－三氯乙烷，占氯乙烯产量的0.8％。氯代有机化合物具有毒性，部分已经被列入致癌物。1974年美国首先报道氯乙烯能致癌以来，各国对氯代烃的排放进行了更严格的规定。美国环保局确定的114种主要污染物中氯代烃污染物就有61种，常见的含氯挥发性有机物都在其中。
[0003]多数氯代有机物的化学性质较稳定，氯原子对微生物具有毒性，因此在自然界中的降解速度较慢，环境危害周期长，如1,2
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二氯乙烷，其在大气中停留5个月都难以被降解，被人体吸入后会导致中毒。氯代有机物排放到环境中后对环境和人体都会产生危害。挥发性氯代有机化合物具有破坏臭氧层的能力，如氯氟碳化物，氯氟烃。空气中或蒸汽中的CVOCs，通过呼吸进入人体血液使大脑障碍，从而导致中枢神经系统受到抑制，浓度高时会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐等现象，严重时会出现肝中毒，损伤肝脏和神经系统，引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等，有的还可能引起内分泌失调。因此，研发一种原位修复地下水中含氯挥发性有机污染物的复合材料可以有效降低地下水中有机物的污染，较少其扩散到其他环境介质中，从而进入环境和人体，造成环境破坏和人体损伤。
[0004]地下水中含氯的挥发性有机污染物属于挥发性、难降解和持续释放型有机污染，不能凭借一种化学降解过程使其在地下水环境中持续完全脱氯降解为无害物质，因此需要研发一种复合材料，利用吸附，化学还原和微生物还原脱氯原位修复地下水中含氯挥发性有机化合物。
[0005]对于有毒有害的氯代有机物，纳米铁被认为是最具应用前景的治理技术之一。这是因为纳米铁颗粒由于是其粒径小，比表面积大，反应活性高，具有快速降解污染物的能力。纳米铁颗粒具有更强的处理污染物的能力，是因为具有很高的比表面积和表面活性，与微米级的颗粒相比。另外纳米铁能较好的悬浮在水体中，可以将它直接注入到受污染的土壤、底泥和水体中进行原位修复。同时纳米铁对环境中难降解污染物，例如氯代有机物、重金属离子、无机盐离子的处理均取得显著的效果。但是纳米铁具有团聚性，使它很难保持稳
定的悬浮状态。
[0006]纳米铁颗粒都具有含氧化铁或者羟基铁的“壳结构”，这种结构使得纳米铁颗粒同时具有吸附和化学还原两种性质。由于纳米铁的粒径超细，比表面积大，具有很高的表面活性，使得纳米颗粒很容易被氧化甚至会自燃，氧化后随着形成的氧化层厚度的增加，这会使纳米铁颗粒的活性降低，从而影响污染物的处理效果。比表面积对颗粒的物理化学性质的影响也很大，在除了颗粒尺寸、核壳结构、颗粒成分等因素外，使得纳米级的颗粒与污染物反应的速率会大大提高，从而使得颗粒能有效地去除多种污染物。同时纳米铁颗粒呈颗粒团聚呈长链状由于其高比表面积和磁场吸引力所导致，这使得颗粒反应活性减退，进而在环境修复中的迁移能力下降。所以通过方法如添加分散剂，载体等防止颗粒的团聚，提高反应效率是研发该材料的一个方向。
[0007]有学者研究纳米铁对6种氯乙烯类物质进行脱氯降解，结果表明，其可以达到很好的降解效果。据研究可得，对纳米铁粒子修饰可以增强其稳定性，并提高反应性能。将Fe与其他金属制备成双金属颗粒，该金属为储氢金属作为催化剂可强化对污染物的处理，从而对含氯化合物反应速率加快。另外对纳米铁颗粒进行负载修饰，可增大其与目标污染物的接触面积。同时使得活性高反应快速的纳米颗粒分散性更好，进而防止颗粒团聚，提高其反应速率。所以，不论是增加负载材料，还是利用其他金属作为催化剂制备纳米双金属颗粒都可以作为研发方向对地下水含氯有机污染物降解。
[0008]以上是针对纳米铁颗粒本身的特点进行的修饰研究方向，因为地下水含氯有机污染持久释放的特点，需要在长期见效的材料进行改进，使其可以持久性作用。所以在上述改进方向上需要对在该复合材料中加入强化微生物环境的材料，促进该液体药剂材料能有效持久的修复地下水含氯有机污染物。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料的复合材料及其制备方法与应用。所述种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料对地下水中有机污染物有很好的降解效果，可以用于原位修复地下水中含氯挥发性有机污染物。对持续缓慢释放到地下水中难降解的含氯挥发性有机污染物有持久性作用效果。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0012](1)混合铁盐溶液、修饰金属材料溶液以及载体材料，均匀混合后得到第一混合液；
[0013](2)惰性气体氛围下，向步骤(1)所得第一混合液中滴加还原性药剂溶液，反应后静置得到第二混合液；
[0014](3)无氧处理步骤(2)所得第二混合液，而后在惰性气体氛围下混合增强剂，油封后得到所述强化微生物环境/改性纳米铁复合材料。
[0015]本专利技术采用浸没法和表面化学还原法等多种环境功能材料制备方法，制备出具有增容地下水中有机污染物，提高纳米铁还原性和悬浮性，增强本底微生物还原脱氯能力的
复合材料。具体体现为：利用了纳米铁的粒径超细，比表面积大，具有很高的表面活性能有效降解含氯有机污染物的特性，在此基础上本专利技术对其易团聚、易被氧化和降解持续性不强的缺点进行改性。此外，通过增加载体材料和修饰金属材料的修饰，提高其分散性和吸附性；增加表面活性剂，提高有机物的增容萃取性；增加微生物强化材料，提高反应材料的持续降解作用。本专利技术将各种优化方向作用在一起，实现地下水中含氯挥发性有机污染物快速，持续性降解去除。
[0016]本专利技术提供的强化微生物环境/改性纳米铁复合材料对地下水中有机污染物有很好的降解效果，可以用于原位修复地下水中含氯挥发性有机污染物。对持续缓慢释放到地下水中难降解的含氯挥发性有机污染物有持久性作用效果。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案，步骤(1)所述铁盐溶液包括三价铁盐溶液或二价铁盐溶液。
[0018]优选地，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化微生物环境/改性纳米铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合铁盐溶液、修饰金属材料溶液以及载体材料，均匀混合后得到第一混合液；(2)惰性气体氛围下，向步骤(1)所得第一混合液中滴加还原性药剂溶液，反应后静置得到第二混合液；(3)无氧处理步骤(2)所得第二混合液，而后在惰性气体氛围下混合增强剂，油封后得到所述强化微生物环境/改性纳米铁复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁盐溶液包括三价铁盐溶液或二价铁盐溶液；优选地，步骤(1)所述修饰金属材料溶液包括镍盐溶液、锌盐溶液、铜盐溶液、银盐溶液或金盐溶液中的任意一种至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述载体材料包括生物炭、蒙脱石、纤维素、壳聚糖或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁盐溶液和修饰金属材料溶液的浓度比为(3～30):1；优选地，步骤(1)所述载体材料和铁盐溶液的浓度比为(1～9):1。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述均匀混合的温度为25～30℃；优选地，步骤(1)所述均匀混合的时间为10～60min。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述还原性药剂溶液包括硼氢化钠溶液和/或硼氢化钾溶液；优选地，所述还原性药剂溶液与铁盐溶液中含铁量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：琚丽婷，刘晓宇，李永刚，周燕，于洋，
申请(专利权)人：北京润鸣环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：