铁炭材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理技术领域，涉及一种铁炭材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]溴酸盐是水中的溴离子被臭氧氧化而形成的一种氧化态污染物，其广泛存在于自然水体中。溴酸盐具有致癌、致畸、致突变致畸等三致作用和多种毒性，不仅会污染生态环境，而且对人类会产生毒害作用，甚至诱导人类发生多种疾病。因此，为了控制水中溴酸盐的污染，环保局对溴酸盐在饮用水中的浓度做了限制性规定，一般规定水中溴酸盐的浓度不超过?ο μ g/Lo
[0003]为了去除水中的溴酸盐，现有技术采用了多种方法来还原降解水中的溴酸盐，例如:采用纳米零价铁直接还原溴酸盐，或者在纳米炭纤维负载催化剂来实现对溴酸盐的还原等。纳米零价铁具有很强的还原性和活性，当将纳米零价铁负载到颗粒活性炭上后，纳米零价铁能够利用其较强的活性和还原性直接还原水中的溴酸盐。但是因为纳米零价铁还原性强，很容易被氧化，所以半衰期短，很容易失效而丧失净水功能，故具有较小的溴酸盐去除容量。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，首要目的在于提供一种能够还原降解水中溴酸盐的铁炭材料。
[0005]本发明的第二个目的在于提供一种上述铁炭材料的制备方法。
[0006]本发明的第三个目的在于提供一种上述铁炭材料的应用。
[0007]为达到上述目的，本发明的解决方案是:
[0008]一种铁炭材料，其含有活性炭以及负载在活性炭上的纳米羟基铁，纳米羟基铁与活性炭的质量比为1: (I?5)。该铁炭材料能够用于将水中的溴酸盐还原降解为溴离子。
[0009]其中，纳米羟基铁为FeOOH ;或者，水的pH值为4?9。
[0010]一种上述的铁炭材料的制备方法，包括:
[0011](I)、用于对颗粒活性炭进行活化的活化工序；
[0012](2)、采用无机铁盐和活化后的颗粒活性炭制备铁炭材料的制备工序；
[0013]其中，步骤(I)的活化工序可以采用沸水活化法，其包括如下步骤:
[0014]al.将颗粒活性炭与去离子水混合，加热至沸腾状态并保持20?30分钟；
[0015]a2.自然冷却至室温并放置5?8小时；
[0016]a3.取沉淀并用去离子水清洗2?4遍；
[0017]a4.在110?130°C下干燥至恒重，即得活化后的颗粒活性炭。
[0018]步骤(I)的活化工序还可以采用超声活化法，其包括如下步骤:
[0019]bl.将颗粒活性炭与去离子水混合，于30±5°C下超声30?60分钟；
[0020]b2.取沉淀并用去离子水清洗2?4遍；
[0021]b3.在110?130°C下干燥至恒重，即得活化后的颗粒活性炭。
[0022]步骤(I)的活化工序还可以采用硝酸活化法，其包括如下步骤:
[0023]Cl.采用浓度为10%的硝酸混合液清洗颗粒活性炭；
[0024]c2.取沉淀并用去离子水清洗2?4遍；
[0025]c3.在110?130°C下干燥至恒重，即得活化后的颗粒活性炭。
[0026]步骤⑵的制备工序包括:将无机铁盐和活化后的颗粒活性炭以1: (I?5)的质量比混合，在去离子水的浸润下于100?120°C加热12?36小时，并一直保持其上有去离子水的覆盖，使用去离子水清洗至清洗后的液体变得澄清，烘干后得到铁炭材料。
[0027]上述的无机铁盐可以为FeSO4.7H20、FeCl3.7H20、FeCl2.4H20、Fe2 (SO4) 3.9H20 和Fe (NO3)3.9H20中的任意一种或几种。
[0028]上述铁炭材料可以作为用于还原降解水中的溴酸盐的过滤柱的填料。
[0029]上述铁炭材料还可以作为用于还原降解水中的溴酸盐的接触池或澄清池的净化基质。
[0030]由于采用上述方案，本发明的有益效果是:
[0031]首先，纳米羟基铁是粉末状颗粒，回收困难，本发明将纳米羟基铁通过表面络合作用粘附在颗粒活性炭上，在净水时不会从颗粒活性炭表面脱落，从而避免了对水体的二次污染。
[0032]其次，本发明的铁炭材料的颗粒活性炭能够直接还原降解水中的溴酸盐，负载在颗粒活性炭上的纳米羟基铁不仅对溴酸盐有吸附作用，而且能够传递电子，从而加速了颗粒活性炭对溴酸盐的还原降解速度，因此，纳米羟基铁既起到吸附作用又同时也有催化作用，提高了铁炭材料整体上的溴酸盐去除容量。
【附图说明】
[0033]图1为本发明的颗粒活性炭的SEM图。
[0034]图2为本发明的铁炭材料(无机铁盐为Fe2 (SO4) 3)的SEM图。
[0035]图3为本发明的铁炭材料(无机铁盐为Fe (NO3) 3)的SEM图。
[0036]图4为本发明的铁炭材料(无机铁盐为FeSO4)的SEM图。
[0037]图5为本发明的铁炭材料(无机铁盐为FeCl3)的SEM图。
[0038]图6为本发明的铁炭材料(无机铁盐为FeCl2)的SEM图。
[0039]图7为本发明的不同铁含量的Fe - GAC和GAC去除溴酸盐的吸附等温线图。
[0040]图8为本发明的不同铁含量Fe -GAC和GAC去除溴酸盐的吸附等温线后溴离子的生成量的图。
【具体实施方式】
[0041]本发明提供了一种铁炭材料及其制备方法和应用。
[0042]<铁炭材料>
[0043]一种铁炭材料，其含有活性炭以及负载在活性炭上的纳米羟基铁。纳米羟基铁为FeOOH，由不同铁含量的无机铁盐在100?120°C的加热作用下水解生成。这些铁盐为FeSO4.7H20、FeCl3.7H20、FeCl2.4H20、Fe2 (SO4) 3.9H20 和 Fe (NO3) 3.9H20 中的任意一种或几种。纳米羟基铁与活性炭的质量比为1: (I?5)，优选为1: (2?3)，最优选为1:2.5。铁炭材料用于将水中的溴酸盐还原降解为溴离子。水的pH值优选为4?9。
[0044]本发明的铁炭材料还原降解水中的溴酸盐的机理如下:
[0045]本发明的铁炭材料的颗粒活性炭能够直接还原降解水中的溴酸盐，负载在颗粒活性炭上的纳米羟基铁不仅对溴酸盐有吸附作用，而且能够传递电子，从而加速了颗粒活性炭对溴酸盐的还原降解速度，因此，纳米羟基铁既起到吸附作用又同时也有催化作用，提高了铁炭材料整体上的溴酸盐去除容量。
[0046]本发明的铁炭材料还原降解水中的溴酸盐的反应方程式如下:
[0047]C+BrOf — 2BrO >C02
[0048]C+2BrO — 2Br +CO2
[0049]4Fe3++2H20+C — 4Fe2++C02+4H+
[0050]6Fe2++6H++Br(V— 6Fe 3++3H20+Br_
[0051]6Fe2++3H20+Br(V— 6Fe 3++60F+Br_
[0052]〈铁炭材料的制备方法〉
[0053]一种铁炭材料的制备方法，包括:
[0054](I)、用于对颗粒活性炭进行活化的活化工序；
[0055](2)、采用无机铁盐和活化后的颗粒活性炭制备铁炭材料的制备工序。
[0056]其中，步骤(I)的活化工序可以采用沸水活化法、超声活化法和硝酸活化法中的任意一种。
[0057]沸水活化法包括如下步骤:
[0058]al.将颗粒活性炭与去离子水混合，加热至沸腾状态并保持20?30分钟；
[0059]a2.自然冷却至室温并放置5?8小时；
[0060]a3.取沉淀并用去离子水清洗2?4遍；
[0061]a4.在110?130°C下干燥至恒重，即得活化后的颗粒活性炭，装入磨口瓶中备用。
[0062]超声活化法包括如下步骤:
[0063]bl.将颗粒活性炭与去离子水混合，于30°C下超声30?60分钟