一種去除硝酸鹽氮的納米鐵炭微電解材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種去除硝酸鹽氮的納米鐵炭微電解材料的制備方法，屬于地下水污染物修復領域。該材料的制備方法為把三氯化鐵溶解在3∶7的醇水溶液中，不斷攪拌，滴加硼氫化鈉溶液，然后再加入活性炭和聚乙二醇；整個過程通入氮氣，攪拌30分鐘，即可得到納米鐵炭微電解顆粒。該制備方法操作簡單，原料易得，利用表面活性劑聚乙二醇所制材料分布均勻，分散性好，結合納米鐵的強還原性和活性炭的強吸附性，100％去除硝酸鹽氮。本發(fā)明通過制備新型納米鐵炭微電解材料，實現納米鐵炭微電解技術對地下水硝酸鹽氮的高效脫除，為地下水硝酸鹽污染物的有效去除提供了新的技術路線和方法。
【專利說明】一種去除硝酸鹽氮的納米鐵炭微電解材料的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于地下水污染修復領域，尤其涉及環(huán)境保護中污水處理材料的研制創(chuàng)新。

【背景技術】
[0002]鐵炭微電解是指:將鐵屑和炭顆粒浸沒在酸性廢水中時，由于鐵和炭之間的電極電位差，廢水中會形成無數個微原電池。這些細微電池是以電位低的鐵成為陽極，電位高的炭成為陰極，在含有酸性電解質的水溶液中發(fā)生電化學反應。反應中，產生的了初生態(tài)的Fe2+和原子H，它們具有高化學活性，能改變廢水中許多有機物的結構和特性，使有機物發(fā)生斷鏈、開環(huán)等作用。反應的結果是鐵受到腐蝕變成二價的鐵離子進入溶液。由于鐵離子有混凝作用，它與污染物中帶微弱負電荷的微粒異性相吸，形成比較穩(wěn)定的絮凝物(也叫鐵泥)而去除。已有研究表明，鐵炭微電解在處理有機廢水如焦化廢水、染料廢水，以及無機污染物硝酸鹽等的應用中表現出了較高的效率和潛力。
[0003]目前國內外微電解設備均是固定床，其特點是結構簡單，推流性好，但存在不少實用性問題:一是效率不高，反應速度不快；二是床體易板結，造成短路和死區(qū)。鐵床經過一段時間的運行后，填料表面會形成鈍化膜，廢水中的懸浮顆粒也會部分沉積在填料表面上，這樣就阻隔了填料與廢水的有效接觸，導致鐵床處理效果降低。鐵床填料的板結除了導致鐵床內部廢水流態(tài)惡化致使處理效果降低外，還會使填料更換的難度大大增加。
[0004]納米鐵具有極大的比表面積，不但能有效降解多種環(huán)境污染物，而且由于它們尺寸小(一般在1-1OOnm)能夠長期保留在懸浮液中，可在地下水流中有效傳遞。近幾年國外對于可滲透反應墻(PRB技術)去除地下水中污染物技術的成功應用，使得利用納米鐵及其復合材料在地下水原位修復方現出很大的潛在優(yōu)勢和應用前景。
[0005]活性炭是非極性吸附劑，能選擇吸附非極性物質，對極性物質的吸附能力很小。如果對活性炭顆粒表面進行氧化改性，可以增強其對極性物質的吸附能力。表面功能組羥基、羥基類化合物、炭酰基等都可以結合到活性炭表面進而改善活性炭的物理化學屬性。而且通過化學方法活性炭可以很輕易的實現表面功能組修飾，如表面活性劑聚乙二醇等。
[0006]在納米鐵中摻雜活性炭和聚乙二醇后，可以一定程度上減緩納米鐵鈍化及易團聚問題。由于鐵和炭的氧化還原電位相差較大，由此可以組成腐蝕電池發(fā)生“內電解”，由微電極電解產生足量的活性氫進而強化其還原性。本發(fā)明通過制備新型納米鐵炭微電解材料，實現納米鐵炭微電解技術對地下水硝酸鹽氮的高效脫除。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種高效去除硝酸鹽氮的納米鐵炭微電解材料的制備方法，能有效解決鐵炭微電解技術容易鈍化、容易板結的問題。
[0008]本發(fā)明是這樣實現的，一種納米鐵炭的制備方法包括以下步驟:
[0009]步驟一、用電子天平稱取3.5000g氯化鐵，1.8000g硼氫化鈉，0.4000g過篩200目的活性炭以及0.1OOOg表面活性劑聚乙二醇；
[0010]步驟二、用量筒量取140mL去離子水，通入氮氣，加入氯化鐵，攪拌至完全溶解，然后加入66mL無水乙醇，形成醇水混合物，另外將硼氫化鈉溶解于1mL去離子水中，并且用氫氧化鈉稀溶液調節(jié)PH等于10，備用；
[0011]步驟三、將醇水混合物加入500mL的三口燒瓶內，通入氮氣，將燒瓶固定于電動攪拌器上，啟動攪拌器并調節(jié)轉速至500rpm ；
[0012]步驟四、利用蠕動泵以9mL/min速度向三口燒瓶中勻速加入新配制的硼氫化鈉溶液，加料結束蓋上橡皮塞防止空氣進入，攪拌10分鐘后，向三口燒瓶中先加入0.4000g活性炭，然后加入表面活性劑聚乙二醇；
[0013]步驟五、繼續(xù)攪拌20分鐘后，停止攪拌，即制得納米鐵炭微電解材料，用磁石收集該材料，用無水乙醇沖洗一次、去離子水沖洗三次，然后放入真空干燥器中，100°c干燥I天后取出。
[0014]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
[0015]1、本發(fā)明通過納米技術，改變納米鐵炭顆粒在溶液中的生長環(huán)境(滴加堿性硼氫化納)，提聞納米鐵炭顆粒的成核幾率、降低生長核的臨界尺寸、提聞納米鐵炭顆粒的生長驅動力，所制材料粒徑小(80nm左右)，比表面積大，還原性強；
[0016]2、利用表面活性劑聚乙二醇的親水性和親油性，從而提高納米顆粒的分散性而又必須確保納米鐵的表面活性避免其過早鈍化；
[0017]3、參雜活性炭后，可以一定程度上減緩納米鐵鈍化及易團聚問題，由于鐵和炭的氧化還原電位相差較大，由此可以組成腐蝕電池發(fā)生“內電解”，由微電極電解產生足量的活性氫進而強化其還原性；
[0018]4、有效解決了鐵炭微電解工藝中填料表面鈍化的問題，增強了填料的懸浮性，提高了填料與硝酸鹽氮的有效接觸；
[0019]5、有效解決了鐵炭微電解技術中填料板結的問題，提高了對硝酸鹽氮的處理效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例提供的納米鐵炭的制備方法流程圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實施例提供的納米鐵炭微電解材料去除硝酸鹽氮的制備方法流程圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例提供的制備的納米鐵炭SM圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實施例提供的制備的納米鐵炭XRD圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例提供的投入不同質量的納米鐵炭時硝酸鹽氮隨時間的變化曲線圖。

【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]圖1示出了納米鐵炭的制備方法流程，如圖所示，一種納米鐵炭的制備方法包括以下步驟:
[0027]SlOl:用電子天平稱取3.5000g三氯化鐵，L 8000g硼氫化鈉，0.4000g過篩200目的活性炭以及0.1OOOg表面活性劑聚乙二醇；
[0028]S102:用量筒量取140mL去離子水，通入氮氣，加入三氯化鐵，攪拌至完全溶解，然后加入66mL無水乙醇，形成醇水混合物，另外將硼氫化鈉溶解于1mL去離子水中，并且用氫氧化鈉稀溶液調節(jié)PH等于10，備用；
[0029]S103:將醇水混合物加入500mL的三口燒瓶內，通入氮氣，將燒瓶固定于電動攪拌器上，啟動攪拌器并調節(jié)轉速至500rpm ；
[0030]S104:利用蠕動泵以9mL/min速度向三口燒瓶中勻速加入新配制的硼氫化鈉溶液，加料結束蓋上橡皮塞防止空氣進入，攪拌10分鐘后，向三口燒瓶中先加入0.4000g活性炭，然后加入表面活性劑聚乙二醇；
[0031]S105:繼續(xù)攪拌20分鐘后，停止攪拌，制得納米鐵炭懸浮液，用磁石收集懸浮顆粒，用無水乙醇沖洗一次、去離子水沖洗三次，然后放入真空干燥器中，100°C干燥I天后取出。
[0032]所制備的納米鐵炭微電解材料去除硝酸鹽氮的步驟如下:
[0033]S201:配制初始濃度為60mg/L的硝酸鈉溶液，各取200mL加入到4個厭氧小瓶中，再向厭氧小瓶分別投加 0.lg、0.2g、0.5g、lg、2g納米鐵炭微電解材料,除氧密封,放入振蕩器內振蕩，振蕩速度為220rpm，溫度為25V，振蕩反應60min ；
[0034]S202:從震蕩開始到反應的2、5、10、15、20、30、40、60min時，分別取2mL反應時的硝酸鈉溶液，稀釋到50mL，待測；
[0035]S203:用紫外-可見光分光光度法測定步驟二的硝酸鈉溶液的濃度，用Icm的石英比色皿，在220nm和275nm波長處測定其吸光度；于不同時間取樣，定量檢測納米鐵炭微電解材料去除硝酸鹽氮的過程。
[0036]本發(fā)明通過制備新型納米鐵炭微電解材料,實現納米鐵炭微電解技術對地下水硝酸鹽氮的高效脫除，為地下水硝酸鹽污染物的有效去除提供了新的技術路線和方法。
[0037]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種去除硝酸鹽氮的納米鐵炭微電解材料的制備方法，其特征在于，所述的納米鐵炭微電解材料的制備方法包括以下步驟: 步驟一、用電子天平稱取3.5000g三氯化鐵，1.8000g硼氫化鈉，0.4000g過篩200目的活性炭以及0.1OOOg表面活性劑聚乙二醇； 步驟二、用量筒量取140mL去離子水，通入氮氣，加入三氯化鐵，攪拌至完全溶解，然后加入66mL無水乙醇，形成醇水混合物，另外將硼氫化鈉溶解于1mL去離子水中，并且用氫氧化鈉稀溶液調節(jié)pH等于10,備用； 步驟三、將醇水混合物加入500mL的三口燒瓶內，通入氮氣，將燒瓶固定于電動攪拌器上，啟動攪拌器并調節(jié)轉速至500rpm ； 步驟四、利用蠕動泵以9mL/min速度向三口燒瓶中勻速加入新配制的硼氫化鈉溶液，加料結束蓋上橡皮塞防止空氣進入，攪拌10分鐘后，向三口燒瓶中先加入0.4000g活性炭，然后加入表面活性劑聚乙二醇； 步驟五、繼續(xù)攪拌20分鐘后，停止攪拌，制得納米鐵炭懸浮液，用磁石收集懸浮顆粒，用無水乙醇沖洗一次、去離子水沖洗三次，然后放入真空干燥器中，100°C干燥I天后取出。
2.根據專利要求I所述的一種去除硝酸鹽氮的納米鐵炭微電解材料的制備方法，其特征在于，調節(jié)硼氫化鈉溶液的PH等于10。
3.根據專利要求I所述的一種去除硝酸鹽氮的納米鐵炭微電解材料的制備方法，其特征在于，先后加入活 性炭和表面活性劑聚乙二醇。
4.根據專利要求I所制備的納米鐵炭微電解材料去除硝酸鹽氮，其特征在于，去除硝酸鹽氮的實驗步驟如下: 步驟一、配制初始濃度為60mg/L的硝酸鈉溶液，各取200mL加入到5個厭氧小瓶中，再向厭氧小瓶分別投加0.lg、0.2g、0.5g、lg、2g納米鐵炭微電解材料，除氧密封,放入振蕩器內振蕩，振蕩速度為220rpm，溫度為25°C，振蕩反應60min ； 步驟二、從震蕩開始到反應的2、5、10、15、20、30、40、60min時，分別取2mL反應時的硝酸鈉溶液，稀釋到50mL，待測； 步驟三、用紫外-可見光分光光度法測定步驟二的硝酸鈉溶液的濃度，用Icm的石英比色皿，在220nm和275nm波長處測定其吸光度；于不同時間取樣，定量檢測納米鐵炭微電解材料去除硝酸鹽氮的過程。
【文檔編號】C02F101/16GK104045129SQ201410177681
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】劉國, 張俊杰, 周雅琪, 唐彬彬 申請人:成都理工大學