一种陶基沸石-纳米零价铁复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种陶基沸石

【技术实现步骤摘要】
一种陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于水处理功能材料开发及应用领域，具体的说，涉及一种强化废水脱氮的陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，水中氮污染问题愈发严重，已引起人们的广泛关注。现有技术中，污水处理中氮的去除主要通过生物脱氮工艺，但随着污水厂尾水排放标准的提高，一些地区提出参照《地表水环境质量标准》(GB3838
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2002)中IV类水或“准IV类水”的排放标准，其中总氮较难达标是普遍面临的问题。尾水中较低的COD以及剩余COD的可生化性差导致生物反硝化碳源不足，限制脱氮效果进一步提升，继续降低出水总氮面临较大困难。此外，当前受污染的水体修复面临的较大的任务之一也是解决氮磷污染带来的富营养化等问题。水体中氮主要以硝态氮形式存在，水中硝态氮稳定性强，不易转化，但其在人体中可转化成有毒的亚硝酸盐，并易形成“三致”物质，严重危害人体健康。
[0003]目前，水中氮常见的的处理技术主要有生物反硝化法、离子交换法、化学还原法、反渗透法等。生物反硝化法反应缓慢，且一般需要有机物作电子供体，而污水厂尾水COD较低且剩余有机物可生化性差，利用生物反硝化法对其进行进一步脱氮存在一定困难；反渗透和离子交换法费用高且不能将其彻底去除；化学还原法可以使硝态氮转化为易被吸附的氮，原理简单，且不依赖于有机物等，有较好的应用前景。
[0004]纳米零价铁是一种环境功能纳米材料，因其比表面积大、具有强还原性、反应活性高、去除污染物能力强等优势，在地下水等环境修复领域取得了很广泛的应用。纳米零价铁的团聚严重影响其处理效能，近年来，抑制纳米颗粒团聚和增强纳米零价铁对环境污染物的去除效率等方面成为研究的重点。将纳米零价铁颗粒负载到固体载体上可以增大纳米颗粒的比表面积，抑制团聚的发生，成为近年来的探究方向。
[0005]纳米零价铁由于其强还原性与反应活性，应用日益广泛，中国专利申请号为201310292598.1、201210205021.8和201380027599.1的专利申请文件利用生成具有纳米零价铁的功能材料用于重金属去除，中国专利申请号为201610524313.6公布了纳米零价铁/碳纳米管/沸石杂化介孔分子筛复合材料制备方法以及其用于有机物去除的方法。上述现有技术都是将纳米零价铁用于废水中重金属或有机物的去除，并且制备方法中都是通过将纳米零价铁粉与其他材料混合成粒后于高温烧结而成，这种方法较难控制纳米零价铁粉团聚和以纳米颗粒存在，影响其效能的发挥，且高温烧结过程中如不能很好控制无氧环境会导致零价铁氧化为高价铁。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有废水脱氮技术的不足，提供一种陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的制备方法，制得的复合材料可避免纳米零价铁的团聚，具有优良的去除水中总氮和氨氮效能。
[0007]技术方案
[0008]一种陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)将沸石、粉煤灰、高岭土、硅酸钠、氧化镁以10:(5～7):(6～10):(3～6):(2～3)的质量比混合，得到原料混合物，加水拌匀，然后挤压成型造粒，将得到的颗粒自然风干后再进行高温热处理，自然冷却后，得到材料颗粒；
[0010](2)将材料颗粒置于0.01
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0.1mol/L的Fe
2+
溶液中浸泡1～3h，固液分离后，将固体颗粒材料烘干至恒重，然后升温进行热处理，得到负载三价铁的固体颗粒，自然冷却后取出；
[0011](3)在氮气氛围保护下，将步骤(2)制得的负载三价铁的固体颗粒与硼氢化钾溶液充分接触反应，固液分离后，将固体产物于真空干燥箱干燥至恒重，得到陶基沸石
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纳米零价铁复合材料。
[0012]优选地，步骤(1)中，水的加入量占原料混合物质量的10～15％。
[0013]优选地，步骤(1)中，所述颗粒的直径为3～12mm。
[0014]优选地，步骤(1)中，所述高温热处理的温度为700～900℃，处理时间为40～60min，升温速率为5～10℃/min。
[0015]优选地，步骤(2)中，烘干温度为100℃，
[0016]优选地，步骤(2)中，所述热处理温度为350～550℃，升温速率为5～10℃/min，热处理时间为2～3h。
[0017]优选地，步骤(3)中，所述干燥温度为70℃。
[0018]优选地，步骤(3)中，所述硼氢化钾溶液浓度为0.5～5mol/L，反应时间为1～3h。
[0019]本专利技术方法制备的陶基沸石
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纳米零价铁复合材料为3～12mm球形颗粒，密度1.20～1.42g/cm3，强度为3.8～6.2MPa，比表面积为22～35m2/g，抗酸能力95％以上。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和有益效果：
[0021](1)针对当前城市污水厂尾水和部分天然水体中较低的COD以及剩余COD可生化性差导致碳源不足，限制脱氮效果进一步提升的现状。本专利技术的复合材料通过纳米零价铁化学还原硝酸盐氮为氨氮并进一步通过沸石吸附氨氮去除废水中氮，具有转化和去除速率快，选择性去除率高的优点。
[0022](2)本专利技术通过制备陶基沸石多孔负载材料制备负载型纳米零价铁，可有效避免纳米零价铁团聚，同时由于多孔材料的结构，减缓了零价铁的快速氧化，延长了期使用时间。经表征和分析，制备的材料材料颗粒孔隙发达，内部孔隙连通，零价铁颗粒均匀负载在材料上。
[0023](3)本专利技术的陶基沸石
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纳米零价铁复合材料具有优良的去除水中总氮和氨氮效能，对于废水和水体中氮的去除具有重要作用，有利于促进水环境保护。
附图说明
[0024]图1为实施例1制得的陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的SEM图；
[0025]图2为实施例1制得的陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的XPS图谱；
[0026]图3为实施例1制得的陶基沸石
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纳米零价铁复合材料对硝态氮的转化结果；
[0027]图4为实施例2制得的陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的除氮效果测试结果。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、详细地描述。
[0029]实施例1
[0030]一种陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0031](1)取沸石100g、粉煤灰50g、高岭土70g、硅酸钠50g、氧化镁20g混合均匀，得到原料混合物，加水40g拌匀，然后挤压成型造粒，颗粒直径为3.5
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5.0mm，将得到的颗粒自然风干后移入马弗炉，控制升温速率10℃/min升温至80本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将沸石、粉煤灰、高岭土、硅酸钠、氧化镁以10:(5～7):(6～10):(3～6):(2～3)的质量比混合，得到原料混合物，加水拌匀，然后挤压成型造粒，将得到的颗粒自然风干后再进行高温热处理，自然冷却后，得到材料颗粒；(2)将材料颗粒置于0.01
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0.1mol/L的Fe
2+
溶液中浸泡1～3h，固液分离后，将固体颗粒材料烘干至恒重，然后升温进行热处理，得到负载三价铁的固体颗粒，自然冷却后取出；(3)在氮气氛围保护下，将步骤(2)制得的负载三价铁的固体颗粒与硼氢化钾溶液充分接触反应，固液分离后，将固体产物于真空干燥箱干燥至恒重，得到陶基沸石
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纳米零价铁复合材料。2.如权利要求1所述陶基沸石
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纳米零价铁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水的加入量占原料混合物质量的10～15％。3.如权利要求1所述陶基沸石
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵金辉，贾芮，嵇译峰，王守荣，王丽娟，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：