一种去除硝酸盐氮的纳米铁炭微电解材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种去除硝酸盐氮的纳米铁炭微电解材料的制备方法，属于地下水污染物修复领域。该材料的制备方法为把三氯化铁溶解在3∶7的醇水溶液中，不断搅拌，滴加硼氢化钠溶液，然后再加入活性炭和聚乙二醇；整个过程通入氮气，搅拌30分钟，即可得到纳米铁炭微电解颗粒。该制备方法操作简单，原料易得，利用表面活性剂聚乙二醇所制材料分布均匀，分散性好，结合纳米铁的强还原性和活性炭的强吸附性，100％去除硝酸盐氮。本发明通过制备新型纳米铁炭微电解材料，实现纳米铁炭微电解技术对地下水硝酸盐氮的高效脱除，为地下水硝酸盐污染物的有效去除提供了新的技术路线和方法。
【专利说明】一种去除硝酸盐氮的纳米铁炭微电解材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地下水污染修复领域，尤其涉及环境保护中污水处理材料的研制创新。
【背景技术】
[0002]铁炭微电解是指:将铁屑和炭颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和炭之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极，电位高的炭成为阴极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应。反应中，产生的了初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。由于铁离子有混凝作用，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除。已有研究表明，铁炭微电解在处理有机废水如焦化废水、染料废水，以及无机污染物硝酸盐等的应用中表现出了较高的效率和潜力。
[0003]目前国内外微电解设备均是固定床，其特点是结构简单，推流性好，但存在不少实用性问题:一是效率不高，反应速度不快；二是床体易板结，造成短路和死区。铁床经过一段时间的运行后，填料表面会形成钝化膜，废水中的悬浮颗粒也会部分沉积在填料表面上，这样就阻隔了填料与废水的有效接触，导致铁床处理效果降低。铁床填料的板结除了导致铁床内部废水流态恶化致使处理效果降低外，还会使填料更换的难度大大增加。
[0004]纳米铁具有极大的比表面积，不但能有效降解多种环境污染物，而且由于它们尺寸小(一般在1-1OOnm)能够长期保留在悬浮液中，可在地下水流中有效传递。近几年国外对于可渗透反应墙(PRB技术)去除地下水中污染物技术的成功应用，使得利用纳米铁及其复合材料在地下水原位修复方现出很大的潜在优势和应用前景。
[0005]活性炭是非极性吸附剂，能选择吸附非极性物质，对极性物质的吸附能力很小。如果对活性炭颗粒表面进行氧化改性，可以增强其对极性物质的吸附能力。表面功能组羟基、羟基类化合物、炭酰基等都可以结合到活性炭表面进而改善活性炭的物理化学属性。而且通过化学方法活性炭可以很轻易的实现表面功能组修饰，如表面活性剂聚乙二醇等。
[0006]在纳米铁中掺杂活性炭和聚乙二醇后，可以一定程度上减缓纳米铁钝化及易团聚问题。由于铁和炭的氧化还原电位相差较大，由此可以组成腐蚀电池发生“内电解”，由微电极电解产生足量的活性氢进而强化其还原性。本发明通过制备新型纳米铁炭微电解材料，实现纳米铁炭微电解技术对地下水硝酸盐氮的高效脱除。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种高效去除硝酸盐氮的纳米铁炭微电解材料的制备方法，能有效解决铁炭微电解技术容易钝化、容易板结的问题。
[0008]本发明是这样实现的，一种纳米铁炭的制备方法包括以下步骤:
[0009]步骤一、用电子天平称取3.5000g氯化铁，1.8000g硼氢化钠，0.4000g过筛200目的活性炭以及0.1OOOg表面活性剂聚乙二醇；
[0010]步骤二、用量筒量取140mL去离子水，通入氮气，加入氯化铁，搅拌至完全溶解，然后加入66mL无水乙醇，形成醇水混合物，另外将硼氢化钠溶解于1mL去离子水中，并且用氢氧化钠稀溶液调节PH等于10，备用；
[0011]步骤三、将醇水混合物加入500mL的三口烧瓶内，通入氮气，将烧瓶固定于电动搅拌器上，启动搅拌器并调节转速至500rpm ；
[0012]步骤四、利用蠕动泵以9mL/min速度向三口烧瓶中匀速加入新配制的硼氢化钠溶液，加料结束盖上橡皮塞防止空气进入，搅拌10分钟后，向三口烧瓶中先加入0.4000g活性炭，然后加入表面活性剂聚乙二醇；
[0013]步骤五、继续搅拌20分钟后，停止搅拌，即制得纳米铁炭微电解材料，用磁石收集该材料，用无水乙醇冲洗一次、去离子水冲洗三次，然后放入真空干燥器中，100°c干燥I天后取出。
[0014]本发明具有的优点和积极效果是:
[0015]1、本发明通过纳米技术，改变纳米铁炭颗粒在溶液中的生长环境(滴加碱性硼氢化纳)，提闻纳米铁炭颗粒的成核几率、降低生长核的临界尺寸、提闻纳米铁炭颗粒的生长驱动力，所制材料粒径小(80nm左右)，比表面积大，还原性强；
[0016]2、利用表面活性剂聚乙二醇的亲水性和亲油性，从而提高纳米颗粒的分散性而又必须确保纳米铁的表面活性避免其过早钝化；
[0017]3、参杂活性炭后，可以一定程度上减缓纳米铁钝化及易团聚问题，由于铁和炭的氧化还原电位相差较大，由此可以组成腐蚀电池发生“内电解”，由微电极电解产生足量的活性氢进而强化其还原性；
[0018]4、有效解决了铁炭微电解工艺中填料表面钝化的问题，增强了填料的悬浮性，提高了填料与硝酸盐氮的有效接触；
[0019]5、有效解决了铁炭微电解技术中填料板结的问题，提高了对硝酸盐氮的处理效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例提供的纳米铁炭的制备方法流程图；
[0021]图2是本发明实施例提供的纳米铁炭微电解材料去除硝酸盐氮的制备方法流程图；
[0022]图3是本发明实施例提供的制备的纳米铁炭SM图；
[0023]图4是本发明实施例提供的制备的纳米铁炭XRD图；
[0024]图5是本发明实施例提供的投入不同质量的纳米铁炭时硝酸盐氮随时间的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]图1示出了纳米铁炭的制备方法流程，如图所示，一种纳米铁炭的制备方法包括以下步骤:
[0027]SlOl:用电子天平称取3.5000g三氯化铁，L 8000g硼氢化钠，0.4000g过筛200目的活性炭以及0.1OOOg表面活性剂聚乙二醇；
[0028]S102:用量筒量取140mL去离子水，通入氮气，加入三氯化铁，搅拌至完全溶解，然后加入66mL无水乙醇，形成醇水混合物，另外将硼氢化钠溶解于1mL去离子水中，并且用氢氧化钠稀溶液调节PH等于10，备用；
[0029]S103:将醇水混合物加入500mL的三口烧瓶内，通入氮气，将烧瓶固定于电动搅拌器上，启动搅拌器并调节转速至500rpm ；
[0030]S104:利用蠕动泵以9mL/min速度向三口烧瓶中匀速加入新配制的硼氢化钠溶液，加料结束盖上橡皮塞防止空气进入，搅拌10分钟后，向三口烧瓶中先加入0.4000g活性炭，然后加入表面活性剂聚乙二醇；
[0031]S105:继续搅拌20分钟后，停止搅拌，制得纳米铁炭悬浮液，用磁石收集悬浮颗粒，用无水乙醇冲洗一次、去离子水冲洗三次，然后放入真空干燥器中，100°C干燥I天后取出。
[0032]所制备的纳米铁炭微电解材料去除硝酸盐氮的步骤如下:
[0033]S201:配制初始浓度为60mg/L的硝酸钠溶液，各取200mL加入到4个厌氧小瓶中，再向厌氧小瓶分别投加 0.lg、0.2g、0.5g、lg、2g纳米铁炭微电解材料,除氧密封,放入振荡器内振荡，振荡速度为220rpm，温度为25V，振荡反应60min ；
[0034]S202:从震荡开始到反应的2、5、10、15、20、30、40、60min时，分别取2mL反应时的硝酸钠溶液，稀释到50mL，待测；
[0035]S203:用紫外-可见光分光光度法测定步骤二的硝酸钠溶液的浓度，用Icm的石英比色皿，在220nm和275nm波长处测定其吸光度；于不同时间取样，定量检测纳米铁炭微电解材料去除硝酸盐氮的过程。
[0036]本发明通过制备新型纳米铁炭微电解材料,实现纳米铁炭微电解技术对地下水硝酸盐氮的高效脱除，为地下水硝酸盐污染物的有效去除提供了新的技术路线和方法。
[0037]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种去除硝酸盐氮的纳米铁炭微电解材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米铁炭微电解材料的制备方法包括以下步骤: 步骤一、用电子天平称取3.5000g三氯化铁，1.8000g硼氢化钠，0.4000g过筛200目的活性炭以及0.1OOOg表面活性剂聚乙二醇； 步骤二、用量筒量取140mL去离子水，通入氮气，加入三氯化铁，搅拌至完全溶解，然后加入66mL无水乙醇，形成醇水混合物，另外将硼氢化钠溶解于1mL去离子水中，并且用氢氧化钠稀溶液调节pH等于10,备用； 步骤三、将醇水混合物加入500mL的三口烧瓶内，通入氮气，将烧瓶固定于电动搅拌器上，启动搅拌器并调节转速至500rpm ； 步骤四、利用蠕动泵以9mL/min速度向三口烧瓶中匀速加入新配制的硼氢化钠溶液，加料结束盖上橡皮塞防止空气进入，搅拌10分钟后，向三口烧瓶中先加入0.4000g活性炭，然后加入表面活性剂聚乙二醇； 步骤五、继续搅拌20分钟后，停止搅拌，制得纳米铁炭悬浮液，用磁石收集悬浮颗粒，用无水乙醇冲洗一次、去离子水冲洗三次，然后放入真空干燥器中，100°C干燥I天后取出。
2.根据专利要求I所述的一种去除硝酸盐氮的纳米铁炭微电解材料的制备方法，其特征在于，调节硼氢化钠溶液的PH等于10。
3.根据专利要求I所述的一种去除硝酸盐氮的纳米铁炭微电解材料的制备方法，其特征在于，先后加入活 性炭和表面活性剂聚乙二醇。
4.根据专利要求I所制备的纳米铁炭微电解材料去除硝酸盐氮，其特征在于，去除硝酸盐氮的实验步骤如下: 步骤一、配制初始浓度为60mg/L的硝酸钠溶液，各取200mL加入到5个厌氧小瓶中，再向厌氧小瓶分别投加0.lg、0.2g、0.5g、lg、2g纳米铁炭微电解材料，除氧密封,放入振荡器内振荡，振荡速度为220rpm，温度为25°C，振荡反应60min ； 步骤二、从震荡开始到反应的2、5、10、15、20、30、40、60min时，分别取2mL反应时的硝酸钠溶液，稀释到50mL，待测； 步骤三、用紫外-可见光分光光度法测定步骤二的硝酸钠溶液的浓度，用Icm的石英比色皿，在220nm和275nm波长处测定其吸光度；于不同时间取样，定量检测纳米铁炭微电解材料去除硝酸盐氮的过程。
【文档编号】C02F101/16GK104045129SQ201410177681
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】刘国, 张俊杰, 周雅琪, 唐彬彬 申请人:成都理工大学