專(zhuān)利名稱(chēng)：降解廢水中有機(jī)污染物的磁性納米金屬顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)中污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于降解廢水中有機(jī)污染物
的磁性納米金屬顆粒的制備方法。
背景技術(shù)：
在難降解工業(yè)廢水的處理方法中，鐵碳微電解方法已在實(shí)際中應(yīng)用，其原理是利用鐵-碳顆粒之間存在的電位差，在酸性廢水中會(huì)形成無(wú)數(shù)個(gè)微原電池。其中，電位低的鐵成為陽(yáng)極，電位高的碳成為陰極，在酸性充氧條件下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的初生態(tài)的Fe2+和原子H具有高化學(xué)活性，能改變廢水中有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和特性，使有機(jī)物發(fā)生斷鏈和開(kāi)環(huán)等作用。經(jīng)微電解后，一些難降解的大分子開(kāi)環(huán)或斷裂后使其變得易于生物降解。目前，鐵碳微電解方法大都采用固定式的鐵碳床工藝，主要有以下缺陷是在運(yùn)行幾個(gè)月之后會(huì)出現(xiàn)鐵泥堵塞引起鐵碳床的板結(jié)，使處理效果急劇下降。如果采用流化操作又會(huì)由于鐵-碳兩種顆粒物接觸減弱，微電池回路變差，鐵氧化失去的電子難以流向碳，使電解斷路，微電解處理無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 納米技術(shù)是當(dāng)今世界研究的熱門(mén)技術(shù)之一，納米材料(至少有一維尺寸《100nm)
具有極大的比表面積。鐵是活潑金屬，電極電位為-0.440V，具有還原能力，氧化時(shí)釋放電
子，能夠去除多種污染物。納米鐵顆粒具有特殊晶體形狀和點(diǎn)陣排列等微觀結(jié)構(gòu)，由于其顆
粒尺度小，比表面積急劇增加，具有較大的表面活性，從而產(chǎn)生特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，可以
更加有效地去除水體污染物。但納米顆粒由于較高的表面能，使得納米顆粒易于團(tuán)聚，不僅
降低了納米粒子的活性，還影響納米粒子各方面的性能。另外，納米材料的團(tuán)聚給納米材料
的混合、均化及包裝都帶來(lái)了極大不便，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中變得十分困難。 膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要礦物的粘土巖。蒙脫石的結(jié)構(gòu)特征為一種含水的層
狀鋁硅酸鹽礦物，由兩個(gè)硅氧四面體中間夾一個(gè)鋁(鎂)氧(氫氧)八面體組成，屬于2:1
型的三層粘土礦物。晶層間的距離為0. 96 2. 14nm，這些納米片層層疊在一起，形成幾百
納米到幾微米的粘土顆粒，在膨潤(rùn)土層間有可以交換的陽(yáng)離子。通過(guò)交換作用將具有不同
電位多種金屬陽(yáng)離子交換進(jìn)膨潤(rùn)土層間，再通過(guò)還原作用，將金屬單質(zhì)納米顆粒固定在膨
潤(rùn)土納米片層間。得到具有分散性高，又不會(huì)團(tuán)聚，并且在流化狀態(tài)下也不會(huì)分散的具有電
位差的多金屬納米顆粒。該顆粒既可以作為原電池利用微電解發(fā)揮作用又可以作為零價(jià)金
屬納米顆粒氧化有機(jī)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的鐵碳微電解方法、納米技術(shù)以及膨潤(rùn)土
應(yīng)用于難降解工業(yè)廢水處理的不足，提供了一種用于降解廢水中有機(jī)污染物的磁性納米金
屬顆粒的制備方法，能高效處理廢水中的有機(jī)物并能在磁場(chǎng)作用下迅速分離。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用如下步驟先在50 6(TC水浴中，攪拌條件下，將
化20)3溶液滴加到附(:12溶液中，其中化20)3和附(:12的物質(zhì)的量之比為i : 3 5，待化20)3溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鎳柱撐液；再在50 6(TC水浴中，攪拌條件下，在FeCl3溶液中滴加Na2C03溶液，其中Na2C03和FeCl3的物質(zhì)的量之比為1 : 2 3，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鐵柱撐液；然后在60 65。C水浴中，持續(xù)攪拌條件下，同時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加羥基鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，其中鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為1 : 0.6 1.5，在6(TC恒溫下老化24h，離心分離，用去離子水洗滌，碾磨成50 80目的粉末；最后，取該粉末加入去離子水，通入NJ呆護(hù)后攪拌，將抗壞血酸溶液加入到攪拌的溶液中反應(yīng)lh，沉淀分離；在N2保護(hù)下60 7(TC恒溫干燥5 6h即可。 本發(fā)明利用在膨潤(rùn)土層間可以交換陽(yáng)離子的特性，將羥基鐵離子和羥基鎳離子交換到膨潤(rùn)土層間，再通過(guò)強(qiáng)還原劑將其還原成單質(zhì)在膨潤(rùn)土層間整齊排布。在應(yīng)用過(guò)程中首先利用膨潤(rùn)土眾多的納米片層巨大的比表面積，將污染物吸附到膨潤(rùn)土層間。再利用鐵鎳納米顆粒之間的電位差，實(shí)現(xiàn)微電解分解有機(jī)物和零價(jià)鐵直接降解有機(jī)物。并且利用鐵鎳的納米尺度特性，提高反應(yīng)速度和降解效率；最后利用所制備材料中鎳所具有的磁性，通過(guò)磁場(chǎng)將膨潤(rùn)土顆粒分離。該材料在應(yīng)用過(guò)程中，不會(huì)由于納米顆粒而發(fā)生團(tuán)聚作用，可以有效保證鐵與碳在微電解過(guò)程中納米效應(yīng)的發(fā)揮；可以通過(guò)流化床操作，解決了傳統(tǒng)微電解工藝應(yīng)用中填料易板結(jié)又不能流化操作的問(wèn)題，又可以利用本材料的磁性能加以回收利用。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明首先在50 6(TC水浴中，攪拌條件下，將Na2C03溶液滴加到NiCl2溶液中，其中Na2C03和NiCl2的物質(zhì)的量之比為1 : 3 5，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鎳柱撐液。再在50 6(TC水浴中，攪拌條件下，在FeCl3溶液中滴加Na2C03溶液，其中Na2C03和FeCl3的物質(zhì)的量之比為1 : 2 3，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鐵柱撐液。然后，在60 65。C水浴中，持續(xù)攪拌條件下，同
時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加羥基鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，其中鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為l : 0.6 1.5，在6(TC恒溫下老化24h，離心分離，用去離子水洗滌，碾磨成50 80目的粉末。最后，取該粉末加入去離子水，通入NJ呆護(hù)后攪拌，將抗壞血酸溶液加入到攪拌的溶液中反應(yīng)lh，沉淀分離；在N2保護(hù)下60 7(TC恒溫干燥5 6h即可。
下面通過(guò)4個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明
實(shí)施例1 首先在5(TC水浴中，攪拌條件下，將Na2C03溶液滴加到NiCl2溶液中，其中Na2C03和NiCl2的物質(zhì)的量之比為1 : 3，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鎳柱撐液；再在5(TC水浴中，攪拌條件下，在FeCl3溶液中滴加Na2C03溶液，其中Na2C03和FeClJ勺物質(zhì)的量之比為1 : 2，待Na^03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鐵柱撐液；然后在6(TC水浴中，持續(xù)攪拌條件下，同時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加羥基鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，其中鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為l : 0.6，在6(TC恒溫下老化24h，離心分離，用去離子水洗滌，碾磨成50目的粉末；取該粉末加入去離子水，通入NJ呆護(hù)后攪拌，將抗壞血酸溶液加入到攪拌的溶液中反應(yīng)lh，沉淀分離；在N2保護(hù)下6(TC恒溫干燥5h，得到粉末產(chǎn)品。
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將所得粉末加入20mL濃度為10mg/L的苯酚溶液中，在pH為5時(shí)，在攪拌下經(jīng)過(guò) 3h，沉淀分離，測(cè)定苯酚的濃度，去除率為86% 。
實(shí)施例2 首先在55t:水浴中，攪拌條件下，將Na2C03溶液滴加到NiCl2溶液中，其中Na2C03 和NiCl2的物質(zhì)的量之比為1 : 5，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥 基鎳柱撐液；再在55t:水浴中，攪拌條件下，在FeCl3溶液中滴加Na2C03溶液，其中Na2C03和 FeCl3的物質(zhì)的量之比為1 : 3，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基 鐵柱撐液；然后在65t:水浴中，持續(xù)攪拌條件下，同時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加羥基 鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，其中鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為l : 1，在6(TC恒溫下老化24h， 離心分離，用去離子水洗滌，碾磨成80目的粉末；最后取該粉末加入去離子水，通入N2保護(hù) 后攪拌，將抗壞血酸溶液加入到攪拌的溶液中反應(yīng)lh，沉淀分離；在N2保護(hù)下7(TC恒溫干 燥6h，得到粉末產(chǎn)品。將所得納米鐵碳微電解材料加入20mL濃度為30mg/L的染料2-萘酚溶液中，在pH 為5時(shí)，在攪拌下經(jīng)過(guò)3h，沉淀分離，測(cè)定2-萘酚的濃度，去除率為80%。
實(shí)施例3 首先在55t:水浴中，攪拌條件下，將Na2C03溶液滴加到NiCl2溶液中，其中Na2C03 和NiCl2的物質(zhì)的量之比為1 : 4，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到 羥基鎳柱撐液；再在55t:水浴中，攪拌條件下，在FeCl3溶液中滴加Na2C03溶液，其中Na2C03 和FeClJ勺物質(zhì)的量之比為1 : 3，待Na^03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥 基鐵柱撐液；然后在63t:水浴中，持續(xù)攪拌條件下，同時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加羥 基鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，其中鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為l : 1.5，在6(TC恒溫下老化 24h，離心分離，用去離子水洗滌，碾磨成70目的粉末；最后取該粉末加入去離子水，通入A 保護(hù)后攪拌，將抗壞血酸溶液加入到攪拌的溶液中反應(yīng)lh，沉淀分離；在N2保護(hù)下65°。恒 溫干燥6h，得到粉末產(chǎn)品。將所得納米鐵碳微電解材料加入30mL濃度為40mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，在pH為 5時(shí)，在攪拌下經(jīng)過(guò)4h，沉淀分離，測(cè)定亞甲基藍(lán)的濃度，去除率為89% 。
實(shí)施例4 首先在6(TC水浴中，攪拌條件下，將Na2C03溶液滴加到NiCl2溶液中，其中Na2C03 和NiCl2的物質(zhì)的量之比為1 : 3. 8，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到 羥基鎳柱撐液；再在6(TC水浴中，攪拌條件下，在FeCl3溶液中滴加Na2C03溶液，其中Na2C03 和FeCl3的物質(zhì)的量之比為1 : 2. 5，待Na2C03溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到 羥基鐵柱撐液；然后在65t:水浴中，持續(xù)攪拌條件下，同時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加 羥基鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，其中鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為l : 1.2，在6(TC恒溫下老 化24h，離心分離，用去離子水洗滌，碾磨成80目的粉末；最后取該粉末加入去離子水，通入 N2保護(hù)后攪拌，將抗壞血酸溶液加入到攪拌的溶液中反應(yīng)lh，沉淀分離；在N2保護(hù)下60°C 恒溫干燥5h，得到粉末產(chǎn)品。 將所得納米鐵碳微電解材料加入30mL濃度為20mg/L的染料金橙11溶液中，在pH 為5時(shí)，在攪拌下經(jīng)過(guò)3h，沉淀分離，測(cè)定金橙II的濃度，去除率為87%。
權(quán)利要求
一種降解廢水中有機(jī)污染物的磁性納米金屬顆粒的制備方法，其特征是采用如下步驟1)在50～60℃水浴中，攪拌條件下，將Na2CO3溶液滴加到NiCl2溶液中，其中Na2CO3和NiCl2的物質(zhì)的量之比為1∶3～5，待Na2CO3溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鎳柱撐液；2)在50～60℃水浴中，攪拌條件下，在FeCl3溶液中滴加Na2CO3溶液，其中Na2CO3和FeCl3的物質(zhì)的量之比為1∶2～3，待Na2CO3溶液加完后，繼續(xù)攪拌30min，陳化24h，得到羥基鐵柱撐液；3)在60～65℃水浴中，持續(xù)攪拌條件下，同時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加羥基鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，其中鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為1∶0.6～1.5，在60℃恒溫下老化24h，離心分離，用去離子水洗滌，碾磨成50～80目的粉末；4)取該粉末加入去離子水，通入N2保護(hù)后攪拌，將抗壞血酸溶液加入到攪拌的溶液中反應(yīng)1h，沉淀分離，在N2保護(hù)下60～70℃恒溫干燥5～6h即可。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于降解廢水中有機(jī)污染物的納米微電解材料的制備方法，先將Na2CO3溶液滴加到NiCl2溶液中，Na2CO3和NiCl2的物質(zhì)的量之比為1∶3～5，得到羥基鎳柱撐液；再在FeCl3溶液中滴加Na2CO3溶液，Na2CO3和FeCl3的物質(zhì)的量之比為1∶2～3，得到羥基鐵柱撐液；然后同時(shí)向含有膨潤(rùn)土的懸濁液中滴加羥基鎳柱撐液和羥基鐵柱撐液，鐵和鎳的物質(zhì)的量之比約為1∶0.6～1.5，最后通入N2保護(hù)，將抗壞血酸溶液加入反應(yīng)。本發(fā)明利用鎳所具有的磁性，通過(guò)磁場(chǎng)將膨潤(rùn)土顆粒分離，可有效保證鐵與碳在微電解過(guò)程中納米效應(yīng)的發(fā)揮，提高反應(yīng)速度和降解效率且可回收利用。
文檔編號(hào)C02F1/461GK101708557SQ200910234359
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者李定龍, 馬建鋒 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院