一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，去除方法是将纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料加入含硝态氮的水体中，进行还原去除反应生成氨氮，然后再加入氧化剂反应至氨氮被氧化为氮气；本发明专利技术的方法不但对硝酸盐氮的去除具有高效的还原性能，还可彻底无害化去除水体中的硝酸盐氮。去除过程简单，操作易控，性质稳定，同时体系易于分离，环境友好，是潜在的多功能环境污染处理体系，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法


[0001]本专利技术涉及纳米零价铁功能化材料污染修复领域，具体涉及一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法。

技术介绍

[0002]科技的不断发展促使着工业文明的进步，但是与此相悖的却是地球上水体污染的情况日益严重，硝酸盐是水体中氮污染物的主要存在形式，主要通过城市径流，农药使用，工业废物的不当排放，废物浸出等方式进入地下水和淡水湖泊。世界卫生组织规定在生活饮用水中对硝酸盐氮的最大允许量≤50mg
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‑1。硝酸盐浓度过高时，会导致水体中藻类的大量繁殖，并且转化为亚硝酸盐威胁人类健康。由此可见，全世界的水环境质量状况发展堪忧，发展高效的硝酸盐污染防治工作是一项长期且艰巨的任务。
[0003]针对水体硝酸盐氮污染，常见的处理技术主要包括离子交换、反渗透、生物脱氮、光催化还原和化学还原，总体而言，目前的硝酸盐处理工艺的缺点集中在运行成本昂贵、难以维护或产生浓缩废物等。纳米零价铁材料能实现快速高效的硝酸盐还原降解，以其低廉易得，反应活性高，环境友好，且具有优异的还原性能，近年来受到了广泛的关注。但随着研究的深入，该类材料在使用中普遍存在一些问题：1)纳米颗粒分散性差，磁性效应使颗粒易发生团聚；2)材料易钝化且稳定性较差，降低了其电子利用率以及材料重复使用效果；3)针对水体硝酸盐去除过程往往快速地深度还原到氨，难以彻底实现无害化消除。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料是先将纳米零价铁负载在还原氧化石墨烯上，不仅可以提升材料的稳定性和分散性，同时还原氧化石墨烯表面的带电基团有利于调控零价铁表面对污染物的吸附效果，还能通过原电池效应从进一步提升处理效果；然后通过还原
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氧化技术联用，彻底实现硝酸盐无害化处理，通过引入氧化体系，利用纳米零价铁将硝酸盐高效选择还原为氨后，加入适量氧化剂，进一步将氨氧氧化为氮气实现无害化处理。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，包含如下步骤：
[0007]将纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料加入含硝态氮的水体中，进行还原去除反应生成氨氮，然后再加入氧化剂反应至氨氮被氧化为氮气；
[0008]所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料由氧化石墨烯粉末超声分散于含有铁盐溶液中，通过液相还原法加入还原剂，得到纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料。
[0009]本专利技术优选的，所述氧化剂为KMnO4、KClO3、HClO、H2O2中的一种。
[0010]本专利技术优选的，所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料与氧化剂的质量比为1.5％
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60％。
[0011]本专利技术优选的，所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料加入量按每毫克硝酸盐加入15
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30毫克纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料。
[0012]本专利技术优选的，所述还原去除反应在搅拌下进行。
[0013]本专利技术优选的，所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料中还原氧化石墨烯的含量为10％
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50％，纳米零价铁的含量为50％
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90％，纳米零价铁的粒径大小为30
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50nm。
[0014]本专利技术优选的，所述还原剂为硼氢化钠、亚硫酸钠、次磷酸的一种或几种的混合。
[0015]本专利技术优选的，所述铁盐为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3·
xH2O、FeCl3中的一种或几种的混合，更优选的，所述铁盐浓度范围为1
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5mM。
[0016]本专利技术优选的，所述氧化石墨烯由改进的Hummer
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s方法制备，具体为：向95％H2SO4溶液中加入石墨粉和NaNO3，冰浴搅拌使分散，至溶液呈墨绿色；再加入KMnO4，保持0℃下搅拌，待不放热后，撤去冰浴升温至35℃继续搅拌；向其中逐滴加入去离子水后，升温到98℃下搅拌反应30分钟；停止加热后，加入30％H2O2溶液，继续搅拌；反应完成后经分离洗涤，60℃下真空干燥。
[0017]本专利技术优选的，所述石墨粉:NaNO3:KMnO4质量比为2:1:6，95％H2SO4溶液:去离子水:30％H2O2溶液体积比为2～3:3:1。
[0018]更优选的，所述95％H2SO4溶液中石墨烯的浓度为0.1
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0.15g/mL。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]1)本专利技术得到的纳米零价铁/还原氧化石墨烯材料，分散性好，结构、尺寸可控，可长期储存并保持稳定，有效避免了纳米零价铁颗粒极其不稳定，容易钝化、团聚的缺点；
[0021]2)本专利技术得到的纳米零价铁/还原氧化石墨烯材料通过还原
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氧化技术联用，彻底去除硝酸盐。通过引入氧化体系，利用纳米零价铁将硝酸盐高效选择还原为氨后，加入适量氧化剂，进一步将氨氧化为氮气实现无害化处理。
附图说明
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0023]图1为纳米零价铁/还原氧化石墨烯材料的XRD图(Fe@rGO为纳米零价铁/还原氧化石墨烯材料，rGO为还原氧化石墨烯)；
[0024]图2为纳米零价铁/还原氧化石墨烯材料的SEM图；
[0025]图3为纳米零价铁与纳米零价铁/还原氧化石墨烯还原硝酸盐的产物选择性与去除率对比图；
[0026]图4为纳米零价铁/还原氧化石墨烯去除硝酸盐反应中氮物种随时间变化图；
[0027]图5为纳米零价铁/还原氧化石墨烯还原与氧化技术联用去除硝酸盐反应中总氮去除率随时间变化图；
[0028]图6为纳米零价铁/还原氧化石墨烯还原与氧化技术联用去除硝酸盐反应中氮物种随时间变化图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0030]下列实施例中所用方法如无特别说明，均为常规方法。下列实施例中所需要的材料或试剂，如无特殊说明均为市场购得。
[0031]实施例1：一种还原氧化石墨烯负载的纳米零价铁复合材料
[0032]所述还原氧化石墨烯负载的纳米零价铁复合材料由还原氧化石墨烯和纳米零价铁组成，其中还原氧化石墨烯的含量为10％
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50％，纳米零价铁的含量为50％
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90％，纳米零价铁的粒径大小为30
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50nm。
[0033]实施例2：还原氧化石墨烯负载的纳米零价铁材料的制备方法
[0034]实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，其特征在于，包含如下步骤：将纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料加入含硝态氮的水体中，进行还原去除反应生成氨氮，然后再加入氧化剂反应至氨氮被氧化为氮气；所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料由氧化石墨烯粉末超声分散于含有铁盐溶液中，通过液相还原法加入还原剂，得到纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，其特征在于：所述氧化剂为KMnO4、KClO3、HClO、H2O2中的一种。3.根据权利要求1所述的一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，其特征在于，所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料与氧化剂的质量比为1.5％
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60％。4.根据权利要求1所述的一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，其特征在于：所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料加入量按每毫克硝酸盐加入15
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30毫克纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料。5.根据权利要求1所述的一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，其特征在于：所述还原去除反应在搅拌下进行。6.根据权利要求1所述的一种纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料联合氧化剂去除水体硝态氮的方法，其特征在于，所述纳米零价铁/还原氧化石墨烯复合材料中还原氧化石墨烯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓书，彭惠惠，李逍雨，蒋光明，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：