改性微米零价铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种改性微米零价铁及其制备方法和应用，该改性微米零价铁为核壳结构，且内部为微米级零价铁，表面为腐蚀产物，腐蚀产物包括但不限于Fe3O4、FeOOH和Al(OH)3。具体制备时：将微米零价铁和含有铝离子和氯离子的溶液进行混合反应，再进行磁铁进行固液分离，洗净，即得。该改性微米零价铁可用于去除废水中的六价铬，其具有制备方法简单、价格低廉的优势。优势。优势。

【技术实现步骤摘要】
改性微米零价铁及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料及生态环境治理与修复
，具体涉及一种改性微米零价铁及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铬污染是指铬元素在环境中超过正常浓度而引起的污染问题。铬是一种重要的金属元素，常见的有两种氧化态：六价铬（Cr(VI)）和三价铬（Cr(III)）。其中，六价铬是一种有毒物质，对人体健康和环境都具有危害性。应对水体中铬污染的方法主要包括化学还原法、生物还原法、吸附法、膜分离法、电化学法等。其中化学还原法和吸附法是常用来处理水体中的铬污染问题。
[0003]零价铁具有高效、广泛使用、环境友好、操作灵活和成本较低等优点常用于处理水体中重金属污染的问题，但是零价铁在氧气环境下极易钝化，这种钝化现象的出现会引起一系列问题，例如钝化层的形成会降低零价铁颗粒的反应活性，使得对铬的还原速率减慢。这可能导致处理过程的效率下降，需要更长的反应时间或更大的零价铁用量来实现预期的处理效果。钝化层对零价铁的还原能力产生抑制作用，使其难以有效还原六价铬（Cr(VI)），这可能导致部分铬污染物无法被完全还原或降解，从而影响处理效果和环境修复的彻底性。钝化层的存在使零价铁颗粒对环境条件的变化更加敏感，影响零价铁在使用中的稳定性。此外，对于成分复杂的废水或土壤，零价铁的反应速率、处理效果和传质效率等可能受到干扰或影响，需要进一步优化和调控。
[0004]采用预腐蚀零价铁方法可以有效解决零价铁本身的应用局限以及钝化带来的问题。通常，零价铁在水中与氧气、水和其他污染物反应在表面反应生成致密的钝化膜层，这些膜层具有自修复的特性，能够在金属表面受损后重新生成，保护金属免受进一步的腐蚀，导致零价铁电子无法传递因而使用效率较低、污染物去除反应被抑制。为了克服这些缺陷有文献报道了多种零价铁的改性措施，包括：酸洗、加氢、超声和强氧化剂预腐蚀等，然而这些技术在实际应用中大多存在活性提升有限或者成本较高的问题。针对性地开发价格低廉的零价铁改性方法，对于控制六价铬污染具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种改性微米零价铁及其制备方法和应用，通过改性可以高效去除六价铬，且制备方法操作简单、成本低廉。
[0006]本专利技术的技术方案是，一种改性微米零价铁，其为核壳结构，内部为微米级零价铁，表面为腐蚀产物，腐蚀产物包括但不限于Fe3O4、FeOOH和Al(OH)3。
[0007]进一步地，所述改性微米零价铁的粒径为20~1200μm。
[0008]本专利技术还涉及所述改性微米零价铁的制备方法，具体制备时：将微米零价铁和含有铝离子和氯离子的溶液进行混合反应，再进行磁铁进行固液分离，洗净，即得改性微米零价铁。
[0009]进一步地，微米级零价铁的直径在10~1000μm；微米零价铁与溶液的比例为0.5~100 g/L。
[0010]进一步地，所述溶液采用氯化铝试剂配制，或者硫酸铝、硫酸铝钾、硝酸铝与碱金属氯化盐组合试剂配制，其中铝离子浓度为0.1~10 mM，氯离子浓度为0.3~30 mM；反应溶液中溶解氧浓度为0.5~10 mg/L。
[0011]进一步地，反应温度为15~35℃，时间为1~12h。
[0012]进一步地，混合反应过程中，微米零价铁处于悬浮或流化状态。
[0013]进一步地，混合反应时，将物料置于密闭容器中，将密闭反应器以10~120rpm的转速进行360
°
翻转。
[0014]进一步地，混合反应时，向反应容器中进行曝气促进微米零价铁处于悬浮状态；曝气气体为空气或者氧气。
[0015]本专利技术还涉及所述改性微米零价铁在含有六价铬的废水处理中的应用。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用O2/Al
3+
/Cl
‑
来预腐蚀微米零价铁，进而获得改性微米零价铁（pcZVI
‑
AlCl3铁铝复合材料），在零价铁表面形成疏松的铁氧化物和铁铝复合物质结构，其独特的核壳结构结合了零价铁本身的还原性和表面腐蚀产物的半导体特性（Fe3O4）以及对铬酸盐的亲和性（FeOOH和Al(OH)3）。其中，Fe0/Fe3O4复合物可以强化Fe0电子传递和腐蚀反应。Al(OH)3的存在提高了整体的电位，有利于铬酸盐被吸附至材料表面。通过氧化还原+吸附共沉淀实现对水体中的六价铬转化和去除。
[0017]这种材料的制备不需要昂贵的涂层材料或复杂的设备，只需要将零价铁与含有氯离子和铝离子的溶液接触一段时间即可实现预腐蚀效果，且预腐蚀之后通过外加磁场即可快速进行固液分离，具有操作简单、价格低廉的优势。
[0018]本专利技术制备的改性微米零价铁直接投加应用于六价铬工业废水处理、微污染水体治理、土壤淋洗液处理等，具有可重复利用性，在将除铬之后的材料进行固液分离后，材料通过超声的方式将表面铁腐蚀产物剥离，用超纯水清洗之后可再次重复利用制备除铬材料以达到零价铁的高效利用，进而降低了该材料长期使用的成本。该改性微米零价铁也可作为修复材料用于六价铬微污染的地下水原位修复，连续运行较长时间，具有较好的社会效益。
附图说明
[0019]图1为实施例1制备方法的工艺流程图；图2为实施例2中原始零价铁、H2O腐蚀零价铁、NaCl腐蚀零价铁和AlCl3腐蚀零价铁去除六价铬动力学对比图；图3为实施例1中零价铁腐蚀前（a
‑
b）、后（c
‑
d）的SEM对比图；图4为实施例1中预腐蚀零价铁除铬前后的XRD图；图5为实施例3中不同初始溶解氧（DO）浓度制材料对去除六价铬的影响（a），以及预腐蚀后体系中总铁（b）、铝离子（c）和DO（d）浓度对比图；图6为实施例4中材料去除六价铬的连续流实验图；图7为实施例5中材料除铬之后的Cr2p XPS图。
具体实施方式
[0020]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。
[0021]实施例1本专利技术的制备工艺流程如图1所示，其实验室小试步骤详述如下：1）称取0.1g零价铁铁粉，配置10mM的AlCl3溶液。
[0022]2）将称量好的零价铁铁粉置于50ml离心管内，加入浓度10mM的AlCl3溶液2mL，再加入38ml超纯水，溶液总体积为40ml。将离心管放置于旋转器以30r/min的转速进行腐蚀反应4h，温度为25℃。
[0023]3）将步骤2) 所制得的pcZVI材料利用磁分离进行固液分离，用超纯水清洗直至冲洗溶液电导率稳定后得到所需材料。
[0024]本实施例制备的材料呈黑色粉末状，对样品进行XRD测试，测试结果如图4所示，表明pcZVI材料可能存在α
‑
FeOOH、Al(OH)3、Fe3O4。对样品进行SEM测试，结果如图3所示，表明原始零价铁表面光滑，对其表面进行腐蚀之后，呈现较多球状颗粒物，直径在100nm左右，所得的pcZVI<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性微米零价铁，其特征在于：其为核壳结构，内部为微米级零价铁，表面为采用含有铝离子和氯离子的溶液腐蚀后的腐蚀产物，腐蚀产物包括但不限于Fe3O4、FeOOH和Al(OH)3。2.根据权利要求1所述的改性微米零价铁，其特征在于：所述改性微米零价铁的粒径为20~1200μm。3.权利要求1或2所述改性微米零价铁的制备方法，其特征在于，具体制备时：将微米零价铁和含有铝离子和氯离子的溶液进行混合反应，再进行磁铁进行固液分离，洗净，即得改性微米零价铁。4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：微米级零价铁的直径在10~1000μm；微米零价铁与溶液的比例为0.5~100 g/L。5. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述溶液采用氯化铝试剂配制，或者硫酸铝、硫酸铝钾、硝酸铝与碱金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：万骏，李睿，雷明，龙学军，钟振兴，杨南山，夏进，杨子涵，
申请(专利权)人：深圳市金锋环境有限公司，
类型：发明
国别省市：