本發(fā)明涉及水處理和材料制備領(lǐng)域，特別是一種納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法及其在修復(fù)水體中重金屬鉛的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：鉛是一種典型的重金屬污染物，有較強(qiáng)毒性。鉛會影響植物細(xì)胞新陳代謝，危害人體器官和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，特別是對兒童健康和智力發(fā)育危害最大。地下水是水資源的重要組成部分，近年來，隨著鉛污染事件的增多，鉛污染地下水修復(fù)勢在必行。吸附法是去除水體中重金屬研究最多的方法之一，但常用吸附劑成本高、再生困難，因此，研究和開發(fā)成本低、吸附效率高、環(huán)境友好的新型吸附劑是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。金屬納米顆粒復(fù)合材料具有許多異于本體物質(zhì)的獨(dú)特物理、化學(xué)性質(zhì)，在許多基礎(chǔ)研究及應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛關(guān)注，成為國內(nèi)外環(huán)保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。納米零價鐵（以下簡稱為：納米鐵，NZVI）主要指粒徑為1-100nm的零價鐵粒子，是一種高效還原性修復(fù)材料。相比于普通零價鐵，納米鐵粒徑小，表面積大、表面能大，具有更高的反應(yīng)活性、強(qiáng)還原性及吸附性，同時還保持了零價鐵的化學(xué)特性，可有效處理一些有機(jī)污染物及無機(jī)鹽、重金屬等無機(jī)污染物，將納米零價鐵用于水污染的治理是一種新的污染控制技術(shù)。然而，高活性的納米零價鐵顆粒比表面積大、反應(yīng)活性強(qiáng)、容易氧化，穩(wěn)定性差，且由于粒徑微小表面能較大及顆粒間的磁力作用，導(dǎo)致其極易團(tuán)聚，使納米零價鐵顆粒尺寸變大、失去許多基于小尺寸的納米特性，反應(yīng)活性降低，影響其實(shí)際應(yīng)用價值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種納米零價鐵復(fù)合材料及其制備方法，并采用該納米零價鐵復(fù)合材料修復(fù)地下水中鉛，以至少達(dá)到提高水體中鉛修復(fù)效率的目的。為解決以上技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種納米零價鐵復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：步驟一：將玉米秸稈粉碎，烘干，置于厭氧管式爐中，在氮?dú)夥諊拢?00℃下炭化0.8-1.2小時，400℃下炭化3-4h，熱解冷卻后研磨粉碎，制成粉末狀生物炭。步驟二：將粉末狀生物炭用硝酸溶液改性，反應(yīng)體系溫度為75-85℃；用超純水洗滌至中性后，于70-80℃下烘干，備用；步驟三：在氮?dú)猸h(huán)境下，稱取FeSO4?7H2O溶于乙醇水溶液中，將此硫酸亞鐵溶液和生物炭粉末置于反應(yīng)容器內(nèi)，通入氮?dú)獠⒃跀嚢柘禄旌暇鶆颍蝗缓?，加入分散劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑改性納米零價鐵，最后，用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液；其中，生物炭和FeSO4?7H2O的質(zhì)量比為1:1，PVP和FeSO4?7H2O的質(zhì)量比控制在（0.5-2）:1，加入KBH4和FeSO4的摩爾比控制在（5-6）:1。步驟四：完成滴加工作后，繼續(xù)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌，靜置，分離得到生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料。進(jìn)一步地，在所述步驟二中，硝酸溶液的體積分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%。進(jìn)一步地，在所述步驟三中，先將FeSO4?7H2O溶解在超純水中，再加入無水乙醇，無水乙醇和水的體積比為4:1，所用的超純水在使用前用氮?dú)獯得撎幚怼＿M(jìn)一步地，在所述步驟四中，分離得到的生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料用超純水和無水乙醇交替洗滌，65-75℃真空條件下烘干，保存在棕色瓶中，其中，超純水溶液和無水乙醇溶液均經(jīng)過脫氧處理。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種納米零價鐵復(fù)合材料，它由上述方法制得。根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)面，納米零價鐵復(fù)合材料修復(fù)水體中鉛的方法，其特征在于：將所述的生物碳負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料投加入含鉛水體中，該水體中Pb2+的初始濃度為5-15mg/L，投加量為0.5g/L。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供了一種模擬地下水除鉛的有機(jī)玻璃反應(yīng)柱裝置，包括有機(jī)玻璃反應(yīng)柱，反應(yīng)柱的頂部和底部分別設(shè)有出水口和進(jìn)水口，進(jìn)水口連接蠕動泵，反應(yīng)柱的中間部分填充反應(yīng)介質(zhì)，所述的反應(yīng)介質(zhì)采用所述納米零價鐵復(fù)合材料，反應(yīng)介質(zhì)4兩側(cè)分別依次鋪設(shè)d<0.5mm的細(xì)砂5和0.5mm<d<1.0mm的粗砂6。本發(fā)明采用玉米秸稈生物炭吸附納米零價鐵復(fù)合材料（NZVI/BC）高效修復(fù)地下水中的重金屬鉛，這種復(fù)合材料以生物炭為載體，能較好解決納米鐵顆粒在使用過程中團(tuán)聚和活性降低的問題，在修復(fù)實(shí)踐中不會產(chǎn)生二次污染，并且復(fù)合材料能同時發(fā)揮生物炭和納米零價鐵的特性，提高地下水中污染物的去除率和材料的回收利用性。在構(gòu)建的有機(jī)玻璃模擬反應(yīng)柱中，模擬地下水中鉛的去除實(shí)驗(yàn)，去除率均能達(dá)到90%以上。附圖說明圖1為本發(fā)明所制的生物炭的掃描電鏡圖。圖2為本發(fā)明所制得納米零價鐵的掃描電鏡圖。圖3為本發(fā)明所制的復(fù)合材料的掃描電鏡圖。圖4為不同NZVI/BC投加量對鉛的去除效果圖。圖5為初始污染物濃度對NZVI/BC去除鉛的影響。圖6為初始pH對NZVI/BC去除鉛的影響。圖7為初始DO對NZVI/BC去除鉛的影響。圖8有機(jī)玻璃反應(yīng)柱裝置圖。圖中，1-反應(yīng)柱，2-出水口，3-進(jìn)水口，4-反應(yīng)介質(zhì)，5-細(xì)砂，6-粗砂。具體實(shí)施方式由于納米零價鐵顆粒極易團(tuán)聚，使得顆粒尺寸變大、失去許多基于小尺寸的納米特性，反應(yīng)活性降低。國內(nèi)外研究多將納米零價鐵負(fù)載于蒙脫石、膨潤土、活性炭、樹脂等載體上增強(qiáng)其分散性，但有關(guān)以生物炭為載體的報(bào)道較少，特別是在去除水體中鉛離子的應(yīng)用中還未見報(bào)道。生物炭（biochar）是指生物質(zhì)、化石燃料等原材料在限氧條件下經(jīng)高溫慢熱解（通常<700℃）所產(chǎn)生的穩(wěn)定的、高度芳香化的富含碳素的固體物質(zhì)。從微觀結(jié)構(gòu)上看，生物炭多數(shù)是由緊密堆積、高度扭曲的芳香環(huán)片層組成，多孔性特征顯著。相比其他載體，生物炭具有管狀多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，易于納米零價鐵顆粒的分散。以生物炭為載體負(fù)載納米零價鐵，具有良好的工程應(yīng)用前景，基于此，本發(fā)明提供一種生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料用于水體中鉛修復(fù)可明顯提高效率。以下內(nèi)容中的NZVI是指納米零價鐵顆粒，NZVI/BC是指生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料。在本發(fā)明一種典型的實(shí)施方式中，納米零價鐵復(fù)合材料的的制備方法，包括步驟：步驟一：將玉米秸稈粉碎，烘干，置于厭氧管式爐中，在氮?dú)夥諊拢?00℃下炭化0.8-1.2小時，400℃下炭化3-4h，熱解冷卻后研磨粉碎，制成粉末狀生物炭。步驟二：將粉末狀生物炭用硝酸溶液改性，反應(yīng)體系溫度為75-85℃；用超純水洗滌至中性后，于70-80℃下烘干，備用；步驟三：在氮?dú)猸h(huán)境下，稱取FeSO4?7H2O溶于乙醇水溶液中，將此硫酸亞鐵溶液和生物炭粉末置于反應(yīng)容器內(nèi)，通入氮?dú)獠⒃跀嚢柘禄旌暇鶆?；然后，加入分散劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑改性納米零價鐵，最后，用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液；其中，生物炭和FeSO4?7H2O的質(zhì)量比為1:1，PVP和FeSO4?7H2O的質(zhì)量比控制在（0.5-2）:1，加入KBH4和FeSO4的摩爾比控制在（5-6）:1。步驟四：完成滴加工作后，繼續(xù)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌，靜置，分離得到生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料。在以上實(shí)施方式中，本發(fā)明負(fù)載生物炭采用玉米秸稈制備，并用硝酸進(jìn)行了改性處理。生物炭用硝酸改性，不但能有效降低生物炭灰分和pH，而且能增加生物炭表面酸性官能團(tuán)數(shù)量和中孔比例，利于負(fù)載更多的納米零價鐵和溶液中Pb2+的去除。其次，采用了兩步炭化法（100℃、400℃），該低溫段生物炭預(yù)炭化處理工藝能顯著提高生物炭產(chǎn)率；再次，納米零價鐵的制備工藝過程選用新型環(huán)保型材料聚乙烯吡咯烷酮（PVP）代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚乙二醇材料作為分散劑，有效提高了零價鐵產(chǎn)品的分散性、抗氧化性、比表面積等。此外，在制備過程中，醇分子中的極性羥基可以與Fe2+形成螯合物，該螯合物中的Fe2+可以被BH4-還原生成Fe0，利于納米鐵在生物炭上負(fù)載和分散，增加其負(fù)載量。所述復(fù)合材料的原料來源廣泛、成本低廉、吸附性能優(yōu)越且環(huán)境友好，在重金屬修復(fù)實(shí)踐中不會產(chǎn)生二次污染。優(yōu)選地，在所述步驟二中，硝酸溶液的體積分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%。優(yōu)選地，在所述步驟三中，先將FeSO4?7H2O溶解在超純水中，再加入無水乙醇，無水乙醇和水的體積比為4:1，所用的超純水在使用前用氮?dú)獯得撎幚?。?yōu)選地，在所述步驟四中，分離得到的生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料用超純水和無水乙醇交替洗滌，65-75℃真空條件下烘干，保存在棕色瓶中，其中，超純水溶液和無水乙醇溶液均經(jīng)過脫氧處理。在本發(fā)明的一種典型的實(shí)施方式中，還提供了由上述方法制的生物碳負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明所述的納米零價鐵復(fù)合材料及其制備方法做清楚、完整的說明。實(shí)施例1將玉米秸稈清洗干凈，烘箱中80℃下烘干48h，粉碎，備用；將粉碎玉米秸稈放入坩堝中，置于厭氧管式爐中，通入氮?dú)?0min。100℃下炭化1小時，400℃炭化3小時（升溫速率為10℃/min）。熱解冷卻后取出炭化材料，用研缽研磨粉碎，過80目篩，制成粉末狀生物炭；85℃條件下，用10%的硝酸溶液對粉末狀生物炭改性8h，用超純水洗滌至中性，于80℃下烘干，放入棕色瓶置于干燥器中備用；將1gFeSO4?7H2O溶解于100mL乙醇溶液中（V水:V乙醇=1:4），超聲振蕩5min制成硫酸亞鐵乙醇溶液。將配制硫酸亞鐵溶液和1g生物炭粉末置于500mL三口燒瓶內(nèi)，通入氮?dú)?0min。不斷攪拌下，加入0.8g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑，30min后加入1MKOH調(diào)節(jié)溶液pH為6，然后用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液50ml（控制B/Fe摩爾比值為5-6:1），完成滴加工作后，繼續(xù)反應(yīng)1h；制備過程結(jié)束后，采用虹吸法去除溶液，所得的復(fù)合材料用脫氧超純水和無水乙醇交替洗滌3次，于70℃在真空干燥箱烘干冷卻得到黑色粉末即為NZVI/BC，保存在預(yù)先充滿氮?dú)獾淖厣績?nèi)；在本實(shí)施例制備的復(fù)合材料中，納米零價鐵顆粒能均勻的負(fù)載在生物炭上，納米零價鐵顆粒的粒徑范圍為25-65nm，采用BET法測得本實(shí)施例制備的復(fù)合材料的比表面積為75.2m2/g，含氧官能團(tuán)數(shù)量為0.52mmol/g，納米零價鐵顆粒在生物炭上的負(fù)載量為46.5mg/g。實(shí)施例2將玉米秸稈清洗干凈，烘箱中80℃下烘干48h，粉碎，備用；將粉碎玉米秸稈放入坩堝中，置于厭氧管式爐中，通入氮?dú)?0min。100℃下炭化1小時，400℃炭化3小時（升溫速率為10℃/min）。熱解冷卻后取出炭化材料，用研缽研磨粉碎，過80目篩，制成粉末狀生物炭；85℃條件下，用20%的硝酸溶液對粉末狀生物炭改性8h，用超純水洗滌至中性，于80℃下烘干，放入棕色瓶置于干燥器中備用；將1gFeSO4?7H2O溶解于100mL乙醇溶液中（V水:V乙醇=1:4），超聲振蕩5min制成硫酸亞鐵乙醇溶液。將配制硫酸亞鐵溶液和1g生物炭粉末置于500mL三口燒瓶內(nèi)，通入氮?dú)?0min。不斷攪拌下，加入0.8g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑，30min后加入1MKOH調(diào)節(jié)溶液pH為6，然后用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液50ml（控制B/Fe摩爾比值為5-6:1），完成滴加工作后，繼續(xù)反應(yīng)1h；制備過程結(jié)束后，采用虹吸法去除溶液，所得的復(fù)合材料用脫氧超純水和無水乙醇交替洗滌3次，于70℃在真空干燥箱烘干冷卻得到黑色粉末即為NZVI/BC，保存在預(yù)先充滿氮?dú)獾淖厣績?nèi)；在本實(shí)施例制備的復(fù)合材料中，納米零價鐵顆粒能均勻的負(fù)載在生物炭上，納米零價鐵顆粒的粒徑范圍為25-70nm，采用BET法測得本實(shí)施例制備的復(fù)合材料的比表面積為72.8m2/g，含氧官能團(tuán)數(shù)量為0.57mmol/g，納米零價鐵顆粒在生物炭上的負(fù)載量為42.6mg/g。實(shí)施例3將玉米秸稈清洗干凈，烘箱中80℃下烘干48h，粉碎，備用；將粉碎玉米秸稈放入坩堝中，置于厭氧管式爐中，通入氮?dú)?0min。100℃下炭化1小時，400℃炭化3小時（升溫速率為10℃/min）。熱解冷卻后取出炭化材料，用研缽研磨粉碎，過80目篩，制成粉末狀生物炭；85℃條件下，用30%的硝酸溶液對粉末狀生物炭改性8h，用超純水洗滌至中性，于80℃下烘干，放入棕色瓶置于干燥器中備用；將1gFeSO4?7H2O溶解于100mL乙醇溶液中（V水:V乙醇=1:4），超聲振蕩5min制成硫酸亞鐵乙醇溶液。將配制硫酸亞鐵溶液和1g生物炭粉末置于500mL三口燒瓶內(nèi)，通入氮?dú)?0min。不斷攪拌下，加入0.8g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑，30min后加入1MKOH調(diào)節(jié)溶液pH為6，然后用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液50ml（控制B/Fe摩爾比值為5-6:1），完成滴加工作后，繼續(xù)反應(yīng)1h；制備過程結(jié)束后，采用虹吸法去除溶液，所得的復(fù)合材料用脫氧超純水和無水乙醇交替洗滌3次，于70℃在真空干燥箱烘干冷卻得到黑色粉末即為NZVI/BC，保存在預(yù)先充滿氮?dú)獾淖厣績?nèi)；在本實(shí)施例制備的復(fù)合材料中，納米零價鐵顆粒能均勻的負(fù)載在生物炭上，納米零價鐵顆粒的粒徑范圍為25-90nm，采用BET法測得本實(shí)施例制備的復(fù)合材料的比表面積為67.9m2/g，含氧官能團(tuán)數(shù)量為0.62mmol/g，納米零價鐵顆粒在生物炭上的負(fù)載量為37.4mg/g。實(shí)施例4將玉米秸稈清洗干凈，烘箱中80℃下烘干48h，粉碎，備用；將粉碎玉米秸稈放入坩堝中，置于厭氧管式爐中，通入氮?dú)?0min。100℃下炭化1小時，400℃炭化3小時（升溫速率為10℃/min）。熱解冷卻后取出炭化材料，用研缽研磨粉碎，過80目篩，制成粉末狀生物炭；85℃條件下，用超純水對粉末狀生物炭改性8h，用超純水洗滌至中性，于80℃下烘干，放入棕色瓶置于干燥器中備用；將1gFeSO4?7H2O溶解于100mL乙醇溶液中（V水:V乙醇=1:4），超聲振蕩5min制成硫酸亞鐵乙醇溶液。將配制硫酸亞鐵溶液和1g生物炭粉末置于500mL三口燒瓶內(nèi)，通入氮?dú)?0min。不斷攪拌下，加入0.8g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑，30min后加入1MKOH調(diào)節(jié)溶液pH為6，然后用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液50ml（控制B/Fe摩爾比值為5-6:1），完成滴加工作后，繼續(xù)反應(yīng)1h；制備過程結(jié)束后，采用虹吸法去除溶液，所得的復(fù)合材料用脫氧超純水和無水乙醇交替洗滌3次，于70℃在真空干燥箱烘干冷卻得到黑色粉末即為NZVI/BC，保存在預(yù)先充滿氮?dú)獾淖厣績?nèi)；在本實(shí)施例制備的復(fù)合材料中，納米零價鐵顆粒能均勻的負(fù)載在生物炭上，納米零價鐵顆粒的粒徑范圍為20-80nm，采用BET法測得本實(shí)施例制備的復(fù)合材料的比表面積為61.5m2/g，含氧官能團(tuán)數(shù)量為0.30mmol/g，納米零價鐵顆粒在生物炭上的負(fù)載量為28.8mg/g。實(shí)施例5將玉米秸稈清洗干凈，烘箱中80℃下烘干48h，粉碎，備用；將粉碎玉米秸稈放入坩堝中，置于厭氧管式爐中，通入氮?dú)?0min。100℃下炭化0.8小時，400℃炭化3小時（升溫速率為10℃/min）。熱解冷卻后取出炭化材料，用研缽研磨粉碎，過80目篩，制成粉末狀生物炭；75℃條件下，用10%的硝酸溶液對粉末狀生物炭改性8h，用超純水洗滌至中性，于70℃下烘干，放入棕色瓶置于干燥器中備用；將1gFeSO4?7H2O溶解于100mL乙醇溶液中（V水:V乙醇=1:4），超聲振蕩5min制成硫酸亞鐵乙醇溶液。將配制硫酸亞鐵溶液和1g生物炭粉末置于500mL三口燒瓶內(nèi)，通入氮?dú)?0min。不斷攪拌下，加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑，30min后加入1MKOH調(diào)節(jié)溶液pH為6，然后用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液50ml（控制B/Fe摩爾比值為5:1），完成滴加工作后，繼續(xù)反應(yīng)1h；制備過程結(jié)束后，采用虹吸法去除溶液，所得的復(fù)合材料用脫氧超純水和無水乙醇交替洗滌3次，于65℃在真空干燥箱烘干冷卻得到黑色粉末即為NZVI/BC，保存在預(yù)先充滿氮?dú)獾淖厣績?nèi)。實(shí)施例6將玉米秸稈清洗干凈，烘箱中80℃下烘干48h，粉碎，備用；將粉碎玉米秸稈放入坩堝中，置于厭氧管式爐中，通入氮?dú)?0min。100℃下炭化1.2小時，400℃炭化4小時（升溫速率為10℃/min）。熱解冷卻后取出炭化材料，用研缽研磨粉碎，過80目篩，制成粉末狀生物炭；80℃條件下，用20%的硝酸溶液對粉末狀生物炭改性8h，用超純水洗滌至中性，于75℃下烘干，放入棕色瓶置于干燥器中備用；將1gFeSO4?7H2O溶解于100mL乙醇溶液中（V水:V乙醇=1:4），超聲振蕩5min制成硫酸亞鐵乙醇溶液。將配制硫酸亞鐵溶液和1g生物炭粉末置于500mL三口燒瓶內(nèi)，通入氮?dú)?0min。不斷攪拌下，加入2g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）試劑，30min后加入1MKOH調(diào)節(jié)溶液pH為6，然后用分液漏斗逐滴加入新鮮制備的KBH4試劑水溶液50ml（控制B/Fe摩爾比值為6:1），完成滴加工作后，繼續(xù)反應(yīng)1h；制備過程結(jié)束后，采用虹吸法去除溶液，所得的復(fù)合材料用脫氧超純水和無水乙醇交替洗滌3次，于75℃在真空干燥箱烘干冷卻得到黑色粉末即為NZVI/BC，保存在預(yù)先充滿氮?dú)獾淖厣績?nèi)。結(jié)合以下實(shí)施例對本發(fā)明所述的納米零價鐵復(fù)合材料在修復(fù)水體中鉛的有益效果作詳細(xì)說明。（一）本發(fā)明實(shí)施例1所制納米零價鐵復(fù)合材料的表面性質(zhì)使用掃描電鏡（SEM）對本發(fā)明所制生物炭的表面性質(zhì)進(jìn)行了分析。由附圖1可以看出，生物炭呈現(xiàn)狹長管狀孔道結(jié)構(gòu)，生物炭表面裂縫和孔隙結(jié)構(gòu)有序發(fā)育，經(jīng)過硝酸改性后，生物炭表面被氧化，有許多新的孔洞生成，可以為零價納米鐵顆粒提供更多的固定點(diǎn)位。附圖2為本發(fā)明所制得納米零價鐵的SEM圖片，可以看出，在加入生物炭之前，納米鐵大體呈球狀形貌，粒徑約為80nm，顆粒之間首尾相連表現(xiàn)為鏈狀形態(tài)。這種鏈狀形態(tài)是由鐵納米顆粒之間存在范德華力和靜磁力作用，顆粒間相互吸引出現(xiàn)一定的團(tuán)聚，使顆粒整體形態(tài)呈現(xiàn)鏈狀結(jié)構(gòu)。附圖3為本發(fā)明所制得生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料的SEM圖片，可以看出在生物炭表面上有大量的顆粒態(tài)物質(zhì)，這些粒子即為生物炭載體上的納米零價鐵。負(fù)載在生物炭這些顆粒粒徑較小，分散性好，且顆粒大小均勻，外觀輪廓清晰。這說明使用作為生物炭載體可以有效阻止納米鐵顆粒的團(tuán)聚，降低顆粒的粒徑。（二）本發(fā)明實(shí)施例1所制NZVI/BC對地下水中Pb2+的去除效果分析NZVI/BC初始投加量對反應(yīng)體系中鉛去除效果的影響在1L的棕色血清瓶中，加入500mL初始Pb2+濃度為10mg/L溶液，通氮?dú)饧s20min，NZVI/BC的初始投加量分別為0g、0.25g、0.5g、1.0g，總反應(yīng)時間設(shè)置為120min，按一定時間間隔取樣，取樣時用注射器連接乳膠管抽取懸濁液，取完樣后迅速用止水夾密封，取出的懸濁液通過0.45μm的針頭過濾器濾去固體物質(zhì)，用于測定溶液中的鉛濃度。反應(yīng)體系置于恒溫氣浴振蕩器中，調(diào)節(jié)溫度為15℃，轉(zhuǎn)速為200r/min。鉛去除率隨著NZVI/BC投加量增加而增大，空白組鉛的去除率幾乎為0，NZVI/BC投加量為0.25g時，反應(yīng)在25min左右達(dá)到平衡，鉛去除率約為54.6%；投加量為1.0g時，反應(yīng)在20min以內(nèi)達(dá)到平衡，去除率約為99.2%；投加量為0.5g時，反應(yīng)在100min左右達(dá)到平衡，去除率約為99%。初始污染物濃度對NZVI/BC去除鉛的影響向1L的棕色血清瓶中加入500mLPb2+初始濃度為5mg/L、10mg/L、15mg/L溶液，NZVI/BC初始投加量分別為0.5g，其他條件同上，測定溶液中的鉛濃度；污染物的最大去除率隨初始濃度增大而減小，分別為100%、99.4%和59.1%。初始pH對NZVI/BC去除鉛的影響向1L的棕色血清瓶中加入500mLPb2+初始濃度為5mg/L溶液，NZVI/BC投加量分別為0.5g，調(diào)節(jié)溶液初始pH分別為2、4、6，其他條件同上，測定溶液中的鉛濃度；初始pH為4時，鉛的去除速率最大，但是不同的初始pH對鉛最終去除率影響較小，反應(yīng)120min后，三種pH條件下去除率均在98.8%以上。表1初始pH不同時溶液pH變化情況初始pH反應(yīng)后pHΔpH26.024.0247.603.60在一種典型的實(shí)施方式中，本發(fā)明構(gòu)建了有機(jī)玻璃反應(yīng)柱裝置模擬NZVI/BC對地下水中鉛的修復(fù)（見附圖8），該裝置包括有機(jī)玻璃反應(yīng)柱1，反應(yīng)柱1的頂部和底部分別設(shè)有出水口2和進(jìn)水口3，進(jìn)水口3連接蠕動泵，反應(yīng)柱1的中間部分填充反應(yīng)介質(zhì)4，所述的反應(yīng)介質(zhì)4采用如權(quán)利要求8所述納米零價鐵復(fù)合材料，反應(yīng)介質(zhì)4兩側(cè)分別依次鋪設(shè)d<0.5mm的細(xì)砂5和0.5mm<d<1.0mm的粗砂6。在上述裝置中，以石英砂為主要填充介質(zhì)，高25cm，內(nèi)徑4cm。反應(yīng)柱頂部和底部各鋪設(shè)4cm的粗砂6（0.5mm<d<1.0mm），底部粗砂起過濾，均勻布水的作用，頂部粗砂主要起緩沖作用。模擬含水層為細(xì)砂（d<0.5mm），厚度為上下各5cm，中間部分填充反應(yīng)介質(zhì)（附圖8），模擬不同反應(yīng)介質(zhì)和地下水流速條件下NZVI/BC修復(fù)鉛污染地下水的影響。實(shí)驗(yàn)所用石英砂均由鹽酸浸泡后，自來水洗滌至洗滌廢液為中性，后用超純水洗滌三次，烘干備用。整個反應(yīng)裝置置于黑暗條件中模擬地下水環(huán)境，設(shè)置鉛污染地下水濃度為5mg/L，初始pH不做調(diào)節(jié)，反應(yīng)前反應(yīng)柱及模擬地下水均通入氮?dú)獬鯕?，模擬地下水經(jīng)蠕動泵作用，自下而上流過反應(yīng)柱，在反應(yīng)柱上部出水口取樣。反應(yīng)裝置運(yùn)行60天，按時取樣，測定鉛和可溶性總鐵的濃度。動態(tài)條件下，反應(yīng)柱在運(yùn)行前20天時間內(nèi)，NZVI/BC對鉛污染地下水有很好的修復(fù)效果，反應(yīng)柱對鉛的去除率達(dá)到99%以上，增加反應(yīng)介質(zhì)中NZVI/BC用量，可以強(qiáng)化修復(fù)效果。地下水流速對NZVI/BC修復(fù)鉛污染地下水有一定影響，地下水流速增大會減少污染物與NZVI/BC的接觸時間，降低污染物的去除率，但反應(yīng)柱對鉛的去除率也能達(dá)到90%以上。反應(yīng)后模擬地下水的可溶性總鐵含量<0.1mg/L，均低于地下水Ⅲ類水的標(biāo)準(zhǔn)（0.3mg/L）；需要說明的是本發(fā)明的應(yīng)用不止去除地下水中的鉛，對其他重金屬污染物和一些有機(jī)污染物也有很好的吸附降解能力，本發(fā)明所制復(fù)合材料具有良好的工程應(yīng)用前景。就去除重金屬污染物而言，研究表明，對于標(biāo)準(zhǔn)電極電位（E0）接近或小于Fe0的金屬如鎘和鋅，去除的主要方式是吸附和表面絡(luò)合；而對于Hg2+和Cu2+等標(biāo)準(zhǔn)電極電位（E0）遠(yuǎn)大于Fe0的金屬，主要通過還原；對于標(biāo)準(zhǔn)電極電位（E0）僅稍大于Fe0的金屬離子如Ni2+和Pb2+，吸附和部分還原被認(rèn)為是被認(rèn)為是主要的去除方式，本發(fā)明所述的生物炭負(fù)載納米零價鐵復(fù)合材料的復(fù)合材料在吸附和部分還原方面表現(xiàn)出更好的特性，與其他金屬離子和有機(jī)污染物相比，去除Pb2+的效果更好。當(dāng)前第1頁1 2 3