專利名稱：一種納米零價(jià)鐵為引發(fā)劑處理典型重金屬、有機(jī)氯廢水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)，具體地說(shuō)是一種利用納米零價(jià)鐵為引發(fā)劑處理含重金屬離子、有機(jī)氯、染料廢水的方法。
背景技術(shù)：
水污染與防治已經(jīng)成為全球關(guān)注的嚴(yán)重問(wèn)題。廢水中含有染料、氯代有機(jī)物、硝基化合物、重金屬離子等各種污染物。在水污染中，重金屬離子是其中較為嚴(yán)重的污染物，尤其是鉻。隨著工業(yè)的發(fā)展， 鉻及其化合物作為冶金、電鍍、制革、油漆、顏料、印染、制藥等行業(yè)的重要原料，得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，大量的含鉻粉塵、含鉻廢水和鉻渣也排入環(huán)境中，對(duì)大氣、水體、土壤造成了嚴(yán)重的污染。有機(jī)氯是水環(huán)境中一類不可忽視的污染物，如各種有機(jī)氯農(nóng)藥及四氯乙烯、三氯乙烯等。其中，四氯乙烯是一種難降解氯代烯烴化合物，被廣泛用于干洗行業(yè)、金屬清潔等各個(gè)領(lǐng)域，代替了耗量大、易燃、去污能力較差的石油系溶劑。隨著四氯乙烯的大規(guī)模使用， 大氣、地下水及土壤同時(shí)受到嚴(yán)重污染。以上這些有毒物質(zhì)具有致畸、致癌、致突變的“三致”作用，對(duì)人類的生存環(huán)境是一種嚴(yán)重的威脅。能被微生物降解的物質(zhì)一般毒性較低，且易處理，毒性大而又穩(wěn)定性高的污染物往往很難被微生物降解，傳統(tǒng)的污水處理工藝對(duì)這些有機(jī)物的降解效率很低。因此，開發(fā)低成本、高效率的污水處理技術(shù)成為水污染與治理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。零價(jià)鐵近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始研究零價(jià)鐵材料還原去除水體中的重金屬污染的研究，并取得了一定的效果。近年來(lái)，零價(jià)鐵大量的被用于處理各種污水，染料廢水、氯代有機(jī)物、硝基化合物、重金屬離子。應(yīng)用的零價(jià)鐵材料中，主要有鐵屑、鐵粉、納米鐵粉和海綿鐵。有些研究小組致力于提高零價(jià)鐵的活性，改進(jìn)的方法包括與超聲波協(xié)同作用，雜化重金屬離子如鈀、鎳，用酸將零價(jià)鐵表面的鈍化層進(jìn)行蝕刻等，研究表明，這些方法都在一定程度上提高了零價(jià)鐵的活性。然而，需要指出的是，超聲波的協(xié)同作用在實(shí)際工業(yè)化過(guò)程中會(huì)受到限制。納米零價(jià)鐵的活性與其制備工藝有密切關(guān)系，事實(shí)表明，未經(jīng)鈍化的納米零價(jià)鐵會(huì)與水本身發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，無(wú)法有效的處理廢水；傳統(tǒng)方法制備的納米零價(jià)鐵表面存在大量的氧化物，使得反應(yīng)效率大大降低。本發(fā)明利用納米零價(jià)鐵制成了引發(fā)劑，對(duì)目前存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了的巧妙的改善。眾所周知，零價(jià)鐵處理廢水的主要機(jī)理是利用其還原能力，可將在金屬活動(dòng)順序表中排于其后的金屬置換出來(lái)而沉積在鐵的表面，還可將氧化性較強(qiáng)的離子或化合物及某些有機(jī)物被還原。引發(fā)劑中納米零價(jià)鐵不僅活性提高了，而且引發(fā)劑中產(chǎn)生了其它一些具有還原能力的離子，使得納米零價(jià)鐵的活性大大提高了
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用納米零價(jià)鐵為引發(fā)劑處理含重金屬離子、有機(jī)氯廢水的方法。通過(guò)制備引發(fā)劑，利用引發(fā)劑中與廢水直接的化學(xué)還原、競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)等機(jī)理，使得納米零價(jià)鐵能夠快速高效的去除污水，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟(1)取I-IOmL的Cr(VI)或四氯乙烯或亞甲基藍(lán)初始溶液與納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加O-ImL H2SO4, H2SO4濃度為0. 05-0. 5mol/L，超聲。(2)將步驟⑴得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到Cr (VI)或四氯乙烯或亞甲基藍(lán)溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為15-25°C，振蕩速度為100-150r/min， 振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)一定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。步驟(1)所述納米級(jí)零價(jià)鐵，為本公司自制產(chǎn)品，納米零價(jià)鐵表面覆有鈍化層。純度98%，粒徑為100-250nm，比表面積為3_7m2/g。步驟⑴所述納米零價(jià)鐵的添加量占廢水處理量的比例為1/100-1/2000，優(yōu)選范圍為 1/400-1/1000。步驟(1)所述超聲溫度為15-25°C，功率為100W-160W，超聲時(shí)間為2-15min。本發(fā)明利用引發(fā)劑制備過(guò)程中，酸去除表面鈍化層作用、超聲的清洗、化學(xué)作用、 初始溶液競(jìng)爭(zhēng)作用等多種作用協(xié)同作用下，提高納米零價(jià)鐵去除廢水的活性。本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)有1.實(shí)用性強(qiáng)。該發(fā)明可處理多種廢水，如重金屬離子、有機(jī)氯、染料等。2.處理效果好。比一般的納米零價(jià)鐵處理廢水的方法提高了幾倍甚至是幾十倍。3.處理速率快。幾乎在前30min內(nèi)就將廢水處理達(dá)到平衡。4.工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明整個(gè)工藝只需要將制備引發(fā)劑，然后加入到廢水中，無(wú)需其它復(fù)雜的工藝流程。5.操作費(fèi)用低。無(wú)特殊設(shè)備，只需普通超聲清洗儀便可，超聲只要2-15min就可。6.安全無(wú)污染。本發(fā)明只需要納米零價(jià)鐵，無(wú)需添加其他有毒有害化學(xué)品，且處理完成后也不會(huì)產(chǎn)生廢煙廢氣等次生污染物。引入的S042-也小于飲用水中硫酸鹽的含量標(biāo)準(zhǔn)(小于 250mg/L)。


含納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑對(duì)Cr(VI)去除效果圖
具體實(shí)施例方式使用本發(fā)明所述的方法處理一定濃度的典型的重金屬離子、有機(jī)氯、染料如 Cr(VI)、四氯乙烯、亞甲基藍(lán)。六價(jià)鉻的測(cè)定方法利用二苯碳酰二胼分光光度法，參照GB/ T7467-1987。四氯乙烯的測(cè)定方法利用氣相色譜法，參照GB/T17130-1997，采用外標(biāo)法對(duì)四氯乙烯進(jìn)行定量分析，氣相色譜儀型號(hào)為島津2010。以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，不是對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例1 取4mL的100mg/L Cr (VI)溶液與0. 15g納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加0. 25mL H2SO4, H2SO4濃度為0. 35mol/L，超聲5min。將得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到50mL 200mg/L Cr(VI)溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為20°C，振蕩速度為 140-150r/min，振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)5min，Cr (VI)的去除效果去除率100%，每克納米零價(jià)鐵處理Cr(VI)的量為66. 67mg。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于取4mL的100mg/L Cr (VI)溶液與0. 15g納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加 0. 25mL H2SO4, H2SO4濃度為0. lmol/L，超聲5min。將得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到IOOmL 200mg/L Cr(VI)溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為20°C，振蕩速度為140-150r/min，振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)30min，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。Cr(VI)的去除效果去除率79. 25%，每克納米零價(jià)鐵處理Cr(VI)的量為107. OOmg。實(shí)施例3:與實(shí)施例1不同之處在于取4mL的100mg/L Cr (VI)溶液與0. 15g納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加0. 5mL H2SO4, H2SO4濃度為0. lmol/L，超聲5min。將得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到IOOmL 300mg/L Cr(VI)溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為20°C，振蕩速度為140-150r/min，振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)30min，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。Cr(VI) 的去除效果去除率77. 25%，每克納米零價(jià)鐵處理Cr(VI)的量為154. 5mg。實(shí)施例4 取5mL 16. 31mg/L四氯乙烯溶液與0. 6g納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加 0. 4mL H2SO4, H2SO4濃度為0. lmol/L，超聲5min。將得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到 IOOmL 32. 6mg/L四氯乙烯溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為20°C，振蕩速度為140-150r/min，振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)120min，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。四氯乙烯的處理效果去除率88. 35%，每克納米零價(jià)鐵處理四氯乙烯的量為5. 57mg。實(shí)施例5 與實(shí)施例4不同之處在于取5mL 355mg/L四氯乙烯溶液與0. 5g納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加 0. 25mL H2SO4, H2SO4濃度為0. lmol/L，超聲5min。將得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到200mL 44. 4mg/L四氯乙烯溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為20°C，振蕩速度為140-150r/min，振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)120min，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。四氯乙烯的處理效果去除率32. 88%，每克納米零價(jià)鐵處理四氯乙烯的量為7. OOmgo實(shí)施例6 與實(shí)施例4不同之處在于取5mL 355mg/L四氯乙烯溶液與0. 5g納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加 0. 25mL H2SO4, H2SO4濃度為0. lmol/L，超聲5min。將得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到200mL 83. 9mg/L四氯乙烯溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為20°C，振蕩速度為140-150r/min，振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)120min，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。四氯乙烯的處理效果去除率36. 59%，每克納米零價(jià)鐵處理四氯乙烯的量為13. 58mg。
權(quán)利要求
1.一種利用納米零價(jià)鐵為引發(fā)劑處理含重金屬離子、有機(jī)氯廢水的方法，其步驟如下(1)取I-IOmL的Cr(VI)或四氯乙烯或亞甲基藍(lán)初始溶液與納米零價(jià)鐵粉加入到預(yù)處理容器中，滴加O-ImL H2SO4, H2SO4濃度為0. 05-0. 5mol/L，超聲。(2)將步驟(1)得到的含有納米零價(jià)鐵的引發(fā)劑加入到Cr(VI)或四氯乙烯或亞甲基藍(lán)溶液中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為15-25°C，振蕩速度為100-150r/min，振蕩方式為回環(huán)式振蕩。反應(yīng)一定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。
2.權(quán)利1所述納米零價(jià)鐵的添加量占廢水處理量的比例為1/100-1/2000，優(yōu)選范圍為 1/400-1/1000。
3.權(quán)利1所述超聲溫度為15-25°C，功率為100W-160W，超聲時(shí)間為2-15min。
4.權(quán)利1所述納米級(jí)零價(jià)鐵，為本公司自制產(chǎn)品，納米零價(jià)鐵表面覆有鈍化層。純度 98%，粒徑為100-250nm，比表面積為3_7m2/g。
全文摘要
本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)，具體地說(shuō)是一種利用納米零價(jià)鐵為引發(fā)劑處理含重金屬離子和有機(jī)氯廢水的方法。本發(fā)明利用納米零價(jià)鐵制備成的引發(fā)劑中的化學(xué)還原、競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)等機(jī)理處理廢水，且這種引發(fā)劑對(duì)于多種廢水都適用，如典型的重金屬離子、有機(jī)氯如Cr(VI)、四氯乙烯等。將納米零價(jià)鐵進(jìn)行預(yù)處理制備成引發(fā)劑，加入到裝有廢水的反應(yīng)器中，在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩，其中溫度為15-25℃，振蕩速度為160-180r/min。反應(yīng)一定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種廢水的處理。采用本發(fā)明，每g納米零價(jià)鐵分別可以處理70-200mg Cr(VI)，5-15mg四氯乙烯。因此本發(fā)明在修復(fù)含重金屬離子和有機(jī)氯廢水方面具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F1/70GK102276045SQ20101019758
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者汪芳, 沈同德 申請(qǐng)人:南京宏德納米材料有限公司