【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境修复，尤其涉及一种铁硫基还原材料及其制备方法和用途。
技术介绍
1、近年来，环境污染问题引起了广泛关注，在主要超标污染物中铬、镉、汞三类重金属高价态有毒，还原后的低价态可长期安全稳定存在；卤代烃可通过还原降解。在这个背景下，环境友好型还原材料的研发和应用成为热点之一。传统的环境修复方法往往面临一系列挑战，包括效率低、周期长、稳定性差、应用条件(ph等)限制以及易受其他环境因素影响等。为了克服这些难题，近年来出现了一些新型的铁硫基还原修复材料，这些材料以其特殊的性质和应用优势引起了广泛关注。
2、目前，常见的铁硫基还原修复材料主要包括零价铁和硫化亚铁等。零价铁由于其高度还原性质，在某些环境中可以迅速还原多种有害物质，但其使用受到反应速度慢、寿命短等限制。硫化亚铁由于其稳定的结构，能够长期释放还原性能，但在制备过程中常常面临较高的成本和复杂的合成工艺。
3、cn104030365a公开了一种硫化亚铁的制备方法，其制备方法主要包括：(1)反应：用蒸馏水分别将原料亚铁盐和硫化物配成亚铁盐水溶液和硫化物水溶液；调节亚铁盐水溶液ph值小于3后加入还原剂；将硫化物水溶液加入亚铁盐水溶液中搅拌，得沉淀物为硫化亚铁；(2)分离：反应完成去除上清液，进行离心沉降分离；离心后去上清液，用蒸馏水清洗沉淀物，离心沉降，重复三次；之后加入第一惰性有机溶剂，清洗、离心沉降分离三次，去除沉淀物中水分；(3)干燥：将清洗后沉淀物硫化亚铁加入第二惰性有机溶剂形成混合物，将混合物转入过滤装置过滤分离；用第三惰性有机溶剂对滤纸
4、cn105414554a公开了一种铁-硫化亚铁复合体的制备方法，其制备方法主要包括：单质硫粉和微米级铁粉按质量比1:5～60混合，将得到的混合原料置于球磨机的球磨罐内，球磨罐内装有研磨介质，球磨罐内为真空环境或惰性气体气氛，开启球磨机，研磨速度400～4000rpm，研磨2～30小时，研磨后分离研磨介质与产品，即制得所述铁-硫化亚铁复合体。该方法专利中铁-硫化亚铁复合体的制备方法简单，原料成本低廉，且不使用或产生有毒有害的危险化学品，属清洁生产过程。但是该方法为机械混合，产物相不纯且形貌不均匀，制备的材料颗粒较大，比表面积大，材料应用效率低。
5、因此，针对以上方面，本专利技术提供一种制备工艺简单且清洁高效的铁硫基还原材料的制备方法，且制备材料成分可控，材料粒径小，比表面积大，具有良好的反应活性。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种铁硫基还原材料及其制备方法和用途，通过硫酸亚铁原料直接还原得到，不需要额外提供铁源和硫源，制备工艺简单，成本低；得到的铁硫基还原材料粒径小，比表面积大，可同时提供fe(0)、fe(ii)和s(-ii)，具有较强的还原性和反应选择性，在修复重金属污染土壤或重金属污染地下水方面具有良好的应用前景。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种铁硫基还原材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、(1)硫酸亚铁原料在第一惰性气氛下升温；
5、(2)向所述硫酸亚铁原料通入流量为5～400ml/min的还原性气体，进行温度为400～900℃的焙烧还原处理0.5～5h，得到固体混合物；
6、(3)所述固体混合物在第二惰性气氛下降温，得到所述铁硫基还原材料。
7、本专利技术所述的铁硫基还原材料的制备方法操作简单，采用还原性气体直接还原硫酸亚铁得到铁硫基还原材料，不需要额外提供铁源和硫源，在特定的还原性气体流量、特定的温度和时间条件下，可得到不同铁硫含量的还原材料，实现对重金属污染土壤或重金属污染地下水的有效修复。本专利技术制备得到的铁硫基还原材料不仅具有较高的还原性能，同时提供零价铁、二价铁离子和负二价硫离子，具有较高的还原效率，能够迅速还原土壤和水体中的重金属等有害物质，同时还具备较长的寿命，能够持续释放修复效果。
8、本专利技术所述焙烧还原处理过程中通入流量为5～400ml/min的还原性气体，当还原性气体流量过小，无法将硫酸亚铁充分还原为铁硫基材料；当还原性气体流量过大，会导致还原产物中铁含量百分比增大，硫含量百分比减小，降低材料还原效果，同时会造成氢气浪费，增大成本。所述焙烧还原处理的温度为400～900℃，当焙烧还原处理的温度过低，会导致硫酸亚铁无法还原得到铁硫基材料；当焙烧还原处理的温度过高，会导致硫酸亚铁还原速率过快，还原产物中铁含量百分比增大，硫含量百分比减小，降低材料得还原效果，同时造成能耗增大。所述焙烧还原处理的时间为0.5～5h，当焙烧还原处理的时间过短，会导致硫酸亚铁还原不彻底，无法得到合适含量的铁硫基材料；当焙烧还原处理的时间过长，会导致还原产物中铁含量百分比增大，硫含量百分比减小，降低材料还原效果。
9、本专利技术所述还原性气体的流量为5～400ml/min，例如可以是5ml/min、10ml/min、30ml/min、50ml/min、100ml/min、200ml/min、300ml/min或400ml/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、所述焙烧还原处理的温度为400～900℃，例如可以是400℃、500℃、600℃、700℃、750℃、800℃或900℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
11、所述焙烧还原处理的时间为0.5～5h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、4h或5h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、优选地，步骤(1)所述硫酸亚铁原料包括分析纯硫酸亚铁、工业硫酸亚铁或工业硫酸亚铁废盐中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括分析纯硫酸亚铁和工业硫酸亚铁的组合，工业硫酸亚铁废盐和分析纯硫酸亚铁的组合或工业硫酸亚铁和工业硫酸亚铁废盐的组合，优选为分析纯硫酸亚铁。
13、优选地，步骤(1)所述硫酸亚铁原料在升温之前进行精制预处理，能够很好的与还原性气体接触，得到还原性能优异的铁硫基还原材料。
14、优选地，所述精制预处理的方法包括：对硫酸亚铁原料进行研磨处理，得到粒径为1～10μm的研磨后硫酸亚铁原料，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、4.5μm、5μm、8μm或10μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
15、优选地，步骤(1)所述第一惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制的组合包括氮气气氛和氩气气氛的组合，氦气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁硫基还原材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硫酸亚铁原料包括分析纯硫酸亚铁、工业硫酸亚铁或工业硫酸亚铁废盐中的任意一种或至少两种的组合，优选为分析纯硫酸亚铁；
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)所述第一惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述还原性气体包括氢气和/或一氧化碳，优选为氢气；
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述焙烧还原处理的温度为400～500℃；
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述第二惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合；
7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述降温至20～30℃。
8.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于
9.一种铁硫基还原材料，其特征在于，所述铁硫基还原材料采用权利要求1～8任一项所述的铁硫基还原材料的制备方法得到；
10.一种如权利要求9所述的铁硫基还原材料的用途，其特征在于，所述铁硫基还原材料应用于修复重金属污染土壤或重金属污染地下水。
...【技术特征摘要】
1.一种铁硫基还原材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硫酸亚铁原料包括分析纯硫酸亚铁、工业硫酸亚铁或工业硫酸亚铁废盐中的任意一种或至少两种的组合，优选为分析纯硫酸亚铁；
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)所述第一惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述还原性气体包括氢气和/或一氧化碳，优选为氢气；
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述焙烧还原处理的温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢宁宁，张红玲，董玉明，郭栗含，陈军建，徐红彬，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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