一种利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境工程中废水利用与处理领域，具体涉及一种利用酸性矿山废水中 的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 纳米零价铁(nanoscale Zero-valent iron，nZVI)化学性质活泼，电极电位EQ(Fe2 +/Fe)为-0.44V，具有较强的还原能力。同时其呈纳米级的颗粒状，具有较大的比表面积，并 具有环境安全性，被认为是最有潜力的环境治理材料之一。近年来，纳米零价铁的修复技术 在环境领域的水体重金属和有机物污染修复方面显示出独特的优势而备受关注。大量研究 表明，纳米零价铁能通过其强还原性有效地去除水体中的重金属，已经被广泛地应用在受 污染重金属如Cr、Cd、Ni、Zn、Pb等污染的水土介质环境修复。目前纳米零价铁的制备都是以 商品化的二价或三价铁盐为铁源溶液，以过量的NaBH 4溶液为还原剂，采用液相还原法制备 而成。然而，目前制备纳米零价铁的工艺采用的是商品化的铁盐，存在着较高的生产成本， 是造成目前纳米零价铁价格高昂的一个重要原因。作为一种应用性较为广泛的环境修复材 料，在进行大规模的环境污染修复时，对纳米零价铁的需求量是巨大的，但是昂贵的价格是 目前纳米零价铁在大规模应用时所遇到的技术瓶颈。因此，需要迫切研发一种低廉的纳米 零价铁制备工艺。
[0003] 近几十年来，随着工业的发展，人类对矿产资源的需要量也越来越大，过度的矿产 资源的开发引起了一系列的环境问题，尤其最为严重的现象就是在矿山开采过程所形的酸 性矿山废水。酸性矿山废水是一种pH值一般在2-4之间，且富含高浓度的铁离子，同时也有 一些重金属离子如铜、锌、镍、铅、锰等的一种矿山工业废水。其来源主要包括矿山开采及选 矿所排放的大量废水和大量废矿石因氧化而产生的废水。据统计，每开采It矿石，所排放出 来的废水量就约为lm 3。由于矿山的大量开采，一些矿山开发区每天排放数千至数万立方米 的废水。然而，这些酸性矿山废水往往会对环境土壤、自然水体造成严重的污染，严重影响 正常的农业生产和威胁着人类的身体建康。因此，如何治理酸性矿山废水也成为了国内外 政府部门及科研工作者最为关注的议题之一。
[0004] 鉴于酸性矿山废水酸度大、水量大，造成的严重环境危害，必须对其进行有效的环 境治理。而纳米零价铁的应用却遇到了其制备成本高的技术瓶颈，迫切研发一种低廉的纳 米零价铁制备工艺。恰好酸性矿山废水中含有大量的可溶性铁离子，有再利用的可能性。然 而，到目前为止，利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁的专利技术还未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、成本低廉的利用酸性 矿山废水中的铁制备的纳米零价铁及其制备方法与应用。
[0006] 本发明的利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁的方法，其特征在于，包括以 下步骤：
[0007] 过滤去除酸性矿山废水中的悬浮颗粒物，然后加入乙醇混合均匀形成混合液，再 加入过量NaBH4溶液，在氮气保护下，搅拌反应至铁完全还原为零价铁，然后固液分离，将回 收的黑色固体洗涤、干燥后制备得到纳米零价铁。需将纳米零价铁保存在充满氮气的棕色 瓶，以免被氧化。
[0008] 具体优选步骤为:过滤去除酸性矿山废水中的悬浮颗粒物，然后将乙醇和经过滤 后的酸性矿山废水按照体积比1:1~3混合，20~30°C下搅拌均匀后，得到乙醇与废水的混 合液，然后往其中加入NaBH4溶液，NaBH4的加入量为酸性矿山废水中的铁物质的量的3倍以 上，在氮气保护下，20~30°C下搅拌反应至铁完全还原为零价铁，然后抽滤回收黑色固体， 并用乙醇洗涤后，放置真空干燥箱中，在60~70°C下干燥400~600min，制备得到纳米零价 铁。
[0009] 本发明还提供根据上述方法制备得到的纳米零价铁。
[0010] 本发明还提供上述方法制备得到的纳米零价铁在去除污染水体中重金属离子方 面的应用。
[0011]优选，所述的应用为上述的纳米零价铁在去除污染水体中Cr(VI)的应用。
[0012] 优选，所述的纳米零价铁在每升所述的污染水体中的投加量为0.5~2.0g。
[0013] 优选，所述的污染水体在处理前把pH值调为3~7。
[0014]优选，所述的污染水体中Cr (VI)的浓度为10~100mg/L。
[0015] 本发明的利用酸性矿山废水制备纳米零价铁的方法，能有效地将酸性矿山废水的 铁转化为纳米零价铁，其能应用于受Cr(VI)污染水体的环境修复;此纳米零价铁的制备工 艺也较为简单且耗能较低，其所含的有害重金属元素可以被忽略，纳米零价铁对Cr(VI)具 有良好的去除效果，且具有良好的重复使用性能，具有良好的应用前景。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0017] 1、本发明利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁，不仅减轻了酸性矿山废水对 环境的污染，还充分利用了酸性矿山废水中的铁，把铁转化为纳米零价铁，并应用于受Cr (VI)污染水体的环境修复，实现了以废治废的污染治理理念。
[0018] 2、利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁的制备工艺也较为简单且耗能较低， 所制备的纳米零价铁含有的有害重金属元素可以被忽略，对环境并无危害作用。
[0019] 3、利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁对Cr(VI)具有良好的去除作用，且 具有良好的重复使用性能，重复使用次数可达到五次。
[0020] 4、利用酸性矿山废水中的铁制备的纳米零价铁的适用目标物范围广。本发明的纳 米零价铁除了适用于含有Cr(VI)的污染水体，还适用于其他含重金属离子或有机污染水 体。
【附图说明】
[0021] 图1为纳米零价铁投加量对Cr(VI)去除效果的影响；
[0022]图2为pH对Cr(VI)去除效果的影响；
[0023]图3为Cr (VI)初始浓度对Cr (VI)去除效果的影响；
[0024]图4为纳米零价铁的重复使用效果，其中1、2、3、4、5代表第1、2、3、4、5次使用。
【具体实施方式】
[0025] 以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
[0026] 在以下实施例中，水样中的Cr(VI)离子的浓度采用二苯碳酰二肼分光光度法测定 (GB7467-87):在10mL稀释后的Cr(VI)样品溶液中，分别加入0.5mL 1:1体积比的硫酸溶液 和0.5mL 1:1体积比的磷酸溶液，摇勾;再加入2mL 200mg/L二苯碳酰二肼溶液，摇勾，显色5 ~lOmin，在540nm波长处，以水做参比，测定吸光度。通过吸光度值来计算Cr(VI)的去除率。
[0027] 实施例1:利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁
[0028] 利用酸性矿山废水中的铁制备纳米零价铁，其制备过程如下：
[0029] (1)对酸性矿山废水进行过滤预处理，过滤掉其中的悬浮颗粒物;将无水乙醇和经 预处理后的酸性矿山废水按体积比1:1混合均匀得混合液；取50mL上述混合液到容积为 250mL三口瓶里，在30°C下保持搅拌lOmin，确保混合液混合均匀，得到乙醇与废水的混合 液。
[0030] (2)依据经预处理后的酸性矿山废水中铁的摩尔含量(物质的量），配制50mL 3倍