一种粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的制备方法与流程

本发明涉及多孔材料技术领域，具体涉及一种粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的制备方法。

背景技术：

粉煤灰是火力发电厂排放的工业废弃物，近年来，由于人类资源需求量的增加，其产量逐年上升。2013年，我国粉煤灰年产量高达5.8亿吨，综合利用量约为4.0亿吨，综合利用率仅为69％，这一数值远低于发达国家。粉煤灰不经处理排放到环境中，将会污染和破坏水体、大气及土壤环境，同时也会对生物体的生存带来不利影响。因此，对粉煤灰进行资源化利用，特别是将其作为高附加值产品进行开发利用具有很高的研究价值。

粉煤灰主要由二氧化硅、氧化铝、铁氧化物、氧化钙等氧化物组成，具备很大的比表面积及较强的吸附活性，可以用作廉价吸附剂，在烟气脱sox、nox、等以及去除污水中重金属离子、有机污染物等方面均有应用。直接利用粉煤灰作为吸附剂也存在以下问题：与活性炭等常用吸附剂相比，粉煤灰吸附量较低；且其颗粒较细小，难以从水溶液中分离出来，容易形成新的工业污泥，如果处理不当易对环境带来二次污染。

与普通铁粉相比，纳米零价铁粒径小(1-100nm)、比表面积大，还原能力强，能够快速而有效地去除重金属、染料、硝酸盐等多种污染物，并且反应过程中有毒副产物较少，近年来被广泛应用于环境领域。由于纳米零价铁表面能量高且自身存在磁力，使用时易团聚、易氧化，使其与污染物的接触面积减小，同时也会影响在污染物中的迁移性，不利于对污染物的去除，因此，可对纳米零价铁的以上不足进行改善，以满足实际工程需要。目前，很多研究将纳米零价铁负载在膨润土、沸石等载体上，使其均匀分布在这些载体的层间或者表面，从而减少团聚及氧化。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的制备方法，以及该材料作为新型水质净化材料的应用，以进一步提高粉煤灰和纳米零价铁在水处理中的应用前景，同时可克服已有水质净化材料的不足。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的制备方法，包括如下两步：

s1、粉煤灰基多孔材料的制备：以工业废弃物粉煤灰、棕榈壳为主要原料，以膨润土为粘结剂，使用颗粒成型机挤压成型后干燥，经气氛烧结炉烧结而成；

s2、粉煤灰基多孔材料负载纳米零价铁：以粉煤灰基多孔材料为载体，抗坏血酸作稳定剂，采用液相还原法负载纳米零价铁。

本发明的有益效果为：

本发明所述粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料，不仅具有高的吸附性能，且具备强还原能力，此外，与传统吸附材料相比，还具备价格低廉、机械强度大、可再生的优势。本发明制得的粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料，对污染水体中染料、重金属等污染物具有明显的吸附降解效果，应用前景比较广泛。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是成型后的粉煤灰基多孔材料；

图2是烧结后的粉煤灰基多孔材料；

图3是粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

本发明的实施例涉及一种粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的制备，以工业废弃物粉煤灰为主要原料，添加膨润土作粘结剂，棕榈壳为造孔剂，制备粉煤灰基多孔材料，并以其为载体负载纳米零价铁，不仅可以对粉煤灰进行综合利用，并且可以使纳米零价铁的还原能力在水处理中得以充分发挥。

实施例1

一种粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的制备，包括如下的步骤：

1、粉煤灰基多孔材料的制备

(1)混合：将粉煤灰、膨润土、棕榈壳按190:95:15的比例均匀混合；

(2)成型：向混合好的材料中加入适量的蒸馏水，使用颗粒成型机，经机械挤压得到长约3cm、直径约5mm的棒状材料；

(3)干燥：材料首先于室温下自然干燥12h，再放入电热鼓风干燥箱105℃烘干8h，去除水分；

(4)烧结：将干燥后的材料置于气氛烧结炉中，设置炉中温度以10℃/min的升温速率升高，并于800℃保温30min，烧结完成后随炉冷却至室温，制得所述粉煤灰基多孔材料；

2、粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的制备

(1)配制fecl3溶液：准确称取4.827gfecl3·6h2o溶解于40ml无水乙醇与10ml蒸馏水的混合溶液中，再将其由烧杯移至250ml锥形瓶中；

(2)配制nabh4溶液：准确称取2.143gnabh4溶解于50ml0.1mol/l的naoh溶液，再由烧杯移至250ml锥形瓶中；

(3)称取3.000gfap加入fecl3溶液中，添加抗坏血酸(1.000g)或聚丙烯酸(10ml3.5％)作为稳定剂，混合均匀后，将锥形瓶置于振荡器中于25℃、120r/min振荡一定时间后，取出负载铁后的粉煤灰基多孔材料，用无水乙醇清洗三次；

(4)将前步所得产物置于nabh4溶液中振荡，可见大量气泡由粉煤灰基多孔材料表面及内部生成，振荡至锥形瓶中无明显气泡，这一过程约需要两小时；

(5)分离出产物，用无水乙醇快速清洗三次，置于真空干燥箱中65℃干燥，得到粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料。

实施例2

称取1.000g实施例1制备的粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料，放入盛有100ml浓度为200mg/l龙胆紫溶液的锥形瓶中，置于恒温振荡器中，调节转速为120r/min，温度为30℃，在设定的时间1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h、72h时取样，采用紫外-可见分光光度计测定滤液的吸光度。计算得到此种材料对龙胆紫在12h时吸附达平衡，测得去除率达94.8％。

实施例3

称取1.000g实施例1制备的粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料，放入盛有100ml浓度为200mg/l亚甲基蓝溶液的锥形瓶中，置于恒温振荡器中，调节转速为120r/min，温度为30℃，在设定的时间1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h、72h时取样，采用紫外-可见分光光度计测定滤液的吸光度。计算得到此种材料对亚甲基蓝在72h时吸附达平衡，测得去除率达61.7％。

实施例4

一种粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料的再生，包括如下的步骤：

用蒸馏水清洗1.000g处理过龙胆紫的吸附反应材料，去除表面杂质，利用nabh4对进行再生，并将其重复用于100mg/l龙胆紫溶液的去除，再生10次后30min内对100mg/l龙胆紫去除率高达97.6％，具有良好的再生性能。

综上，本发明制备的粉煤灰基纳米零价铁多孔吸附反应材料，价格低廉，可实现粉煤灰等废弃物的资源化，且具有良好的再生性能，同时对废水中龙胆紫和亚甲基蓝等污染物具有明显的净化效果，是一种有效的水质净化材料。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。