一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，制备方法为：将铁粉，硫粉以及炭粉按比例混合，置于充满氮气并装有球磨珠的罐中一起球磨。其中，所述铁粉、硫粉与炭粉的摩尔比为（15~20）:（1~4）:（2~20）。本发明专利技术通过球磨法得到相互嵌合的硫化纳米零价铁

【技术实现步骤摘要】
一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用


[0001]本专利技术涉及地下水污染修复领域，尤其涉及一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用。

技术介绍

[0002]氯代烃广泛应用于工业生产加工，由于储存或处置不当造成泄漏排放至地下水环境中，其常具有高毒性和致癌性，严重威胁生态环境安全与人体健康。目前，针对氯乙烯污染场地地下水的修复，多采用生物修复技术。众所周知，生物修复耗时长，在地下水缺氧环境条件下的生物转化通常非常缓慢，修复时长可达数年之久。
[0003]零价铁是一种廉价并具有强还原性的材料，从上世纪90年代开始，被应用于去除地下水中的氯代烃等常见有机污染物。相比而言，纳米零价铁具有更高的比表面积和表面活性以及更快的反应速率，纳米尺度使其更适合被注射进地下水多孔介质环境进行原位修复，基于此，纳米零价铁已逐步取代零价铁成为当前氯代烃污染地下水修复领域的研究热点。然而，研究表明纳米零价铁对四氯乙烯及三氯乙烯具有较强还原能力，而对氯乙烯的还原能力较弱，因此亟需研发具有更强还原能力的铁基金属材料，以提高对氯乙烯的去除效果。
[0004]近年来，硫化改性被认为是提升纳米零价铁还原性能的有效方式。硫化不仅可以提高零价铁的反应活性，还可以提高对污染物的选择性，从而延长其使用寿命。其强化机制主要包括：（1）硫化增强纳米零价铁的疏水性，使其更易与有机污染物靠近并发生反应；（2）硫化物可阻断氢原子的吸附位点，抑制零价铁与水的副反应和H2的演化；（3）硫化降低零价铁对污染物的电子转移阻力，提高电子利用率。目前，硫化零价铁的制备方法主要基于水相反应，以Na2S2O4或Na2S作为硫源，但该反应常伴随H2S的生成与释放，对环境和人体健康均具有不利影响。相比而言，球磨制备硫化改性零价铁的方法主要基于固相反应，以硫粉为硫源，无需外部提供热量，简易、安全且无二次污染。因此，利用球磨法制备硫化纳米零价铁的技术具有高普适性和稳定性，有利于工业化大规模生产。
[0005]另外，炭粉因其具有的较大的比表面积与表面丰富的官能团在水修复领域方面得到广泛的研究。炭作为载体，其多孔结构可进一步促进硫化零价铁的分散，从而提升材料的反应活性，因此利用球磨法复合炭和硫化纳米零价铁制备出的多功能复合材料，在氯乙烯污染场地地下水修复的大规模实践中具有广阔应用前景。

技术实现思路

[0006]针对氯乙烯难以被快速且高效还原去除的问题，本专利技术提供一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，利用球磨法合成一种硫化零价铁
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炭材料。该复合材料具有制备方法简单、原料来源丰富、廉价易得等优点，该复合材料能有效提高对氯乙烯的去除能力，该材料制备方法可大规模应用，满足氯乙烯污染场地地下水修复的需求。
[0007]本专利技术提供一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，具有以下特征：将铁
粉，硫粉以及活性炭或生物质炭按比例混合，置于充满氮气并装有球磨珠的罐中一起球磨。其中，所述铁粉、硫粉与炭粉的摩尔比为（15~20）:（1~4）:（2~20）。
[0008]本专利技术的创新之处在于：目前氯乙烯污染地下水的修复多通过生物修复技术实现，但生物修复耗时长、效率低，而单独的零价铁对氯乙烯还原能力较差，因此提出对零价铁进行硫化联合炭负载改性。通过球磨法制备硫化零价铁
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炭复合材料的方法具有以下优势：（1）易于将材料粉碎到纳米级别，使其拥有更大的比表面积进而提高材料的反应活性，并有利于原位注射进地下水环境进行修复；（2）球磨法简单、绿色、可实现大规模生产，更容易满足氯乙烯污染场地修复规模化实践的需要；（3）硫化纳米零价铁炭复合材料对氯乙烯具有显著的还原能力。
[0009]进一步，本专利技术提供一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，还可以具有以下特征：其中，所述铁粉为还原铁粉或零价的羰基铁粉等。
[0010]进一步，本专利技术提供一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，还可以具有以下特征：其中，所述炭粉为活性炭、生物质炭或石墨等；进一步，本专利技术提供一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，还可以具有以下特征：先将球磨罐中按球料比填充球磨珠，再将铁粉、硫粉和炭粉装入球磨罐中，在罐内充满氮气，进行球磨；球磨结束后，在氮气保护条件下，用尼龙筛网将球磨珠与球磨产物分离，得到硫化纳米零价铁炭复合材料；球磨转速为160～1000 rpm，球磨时间为4～24小时；其中，所述球料比为5:1或10:1或20:1；所述球磨珠为不锈钢球、陶瓷球、玛瑙球、氮化硅球、氧化铝球、硬质合金球、调制钢球、硬质碳化钨球或氧化锆球。
[0011]进一步，本专利技术提供一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，还可以具有以下特征：球磨珠粒径为0.5 mm～15 mm。
[0012]作为优选，本专利技术硫化纳米零价铁炭复合材料的制备方法为：采用行星式球磨机，按照球料比为20:1的比例填充球磨珠，再将硫粉、还原铁粉以及活性炭按照摩尔比为10:1:1的用量在球磨罐内进行混合，在罐内充满氮气，进行球磨。运行球磨机，球磨机转速调为350 rpm，球磨时间为24 h，球磨结束后，在氮气保护条件下，用尼龙筛网将球磨珠与球磨产物分离，得到硫化纳米零价铁炭复合材料；所述球磨珠粒径为3 mm，所述球磨珠为与球磨罐内壁材料一致的氧化锆球。
[0013]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，以铁粉、硫粉和炭粉为原材料，制备粒径分布均匀的硫化纳米零价铁炭复合材料。其中，硫单质的存在降低了零价铁的磁性，炭的多孔结构促进了硫化零价铁的分散；该复合材料具有较强吸附能力，可将氯乙烯吸附至材料表面提高氯乙烯在活性位点上的局部浓度，进而提高污染物去除速率；该复合材料同时具有疏水性，可减少零价铁与水的反应造成的铁原子腐蚀，提高电子利用率。该复合材料降解氯乙烯具有效率高及降解速率快等优点，其纳米粒径一是保证了较大的比表面积，提高了反应活性；二是较小的尺寸利于被注射至地下水对氯乙烯污染场地进行原位修复。
附图说明
[0014]图1是实施例1中硫化纳米零价铁炭复合材料X射线衍射图；图2是实施例1中硫化纳米零价铁炭复合材料扫描电镜图；
图3是实施例1中氯乙烯去除动力学。
具体实施方式
[0015]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0016]实施例1采用行星球磨机制备硫化纳米零价铁炭复合材料，步骤如下：（1）将400 g直径为3 mm的氧化锆小球装入500 mL内壁材质同为氧化锆的球磨罐中；其中球料比为20:1；（2）再将1.06 g单质硫粉和18.54 g还原铁粉（400目）以及0.4 g活性炭装入罐中，罐内充满氮气；其中铁粉、硫粉与炭粉的摩尔比为10:1:1；（3）设置运行转速为350 rpm，球磨时间为24 h；（4）在氮气保护条件下，用尼龙筛网将球磨珠与球磨产物分离，得到硫化纳米零价铁炭复合材料。
[0017]称取100 mg硫化纳米零价铁炭复合材料于20 mL试剂瓶中，加入20 mL氯乙烯浓度为2.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯乙烯污染地下水修复材料的制备与应用，其特征在于：将铁粉、硫粉和炭粉按一定比例混合球磨后，得到硫化纳米零价铁
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炭复合材料；所述铁粉为还原铁粉或羰基铁粉等；所述硫粉为单质硫粉或硫化铁粉等；所述炭粉为活性炭、生物质炭或石墨等；所述铁粉、硫粉与炭粉的摩尔比为（15~20）:（1~4）:（2~20）。2.根据权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于，将铁粉、硫粉和炭粉与球磨珠以一定球料比混合于球磨罐中，在罐内充满氮气，进行球磨；球磨结束后，在氮气保护条件下，用尼龙筛网将球磨珠与球磨产物分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏子斐，钱林波，李云桂，杨磊，龙颖，董欣竹，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：