一种乳化纳米铁催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种乳化纳米铁催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括植物油乳化液和纳米零价铁，所述纳米零价铁包裹于植物油乳化液的油滴中。该催化剂可以有效减缓纳米零价铁在迁移过程中的腐蚀或氧化过程，提高污染物与纳米零价铁的反应活性，同时具有不易团聚、稳定性高、生物毒性小等优点，将其应用于去除水体中包含重金属和/或有机氯代烃的污染物时，可将重金属还原为无毒无害的金属离子，同时直接将有机氯代烃等有机物进行降解和矿化，显著提高污染物的净化效率。该催化剂的制备方法简单，成本低廉，具有良好的环境、经济和社会效益。益。益。

【技术实现步骤摘要】
一种乳化纳米铁催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种催化剂，具体涉及一种乳化纳米铁催化剂，还涉及其制备方法和应用，属于地下水生态修复


技术介绍

[0002]地下水重金属污染和有机氯代烃污染是我国部分地下水环境的现象。氯代烃曾经广泛用于机械、电子、皮革、干洗行业和化工企业，但由于储存和处置不当，已经造成全球数千个场地的土壤和地下水污染。据统计，目前世界上许多国家存在大量的氯代烃污染场地，美国环保局检测的美国39个小城镇地下水供水的水源地及常用场地结果表明，有11种挥发性的氯代链烃在未处理过或处理过的地下水中都被检出。其中，检出率最高的是三氯乙烯及三氯甲烷，分别是36％及31％。德国Bitterfeld地区经过近百年的化学工业发展，当地的地下水及土壤受到了氯代烃的严重污染，涉及的土壤和地下水面积达25km2，约有2亿m3的地下水遭受污染，成为欧洲最臭名昭著的氯代烃污染场地。因此，针对地下水环境中重金属和氯代烃污染，有效的进行修复治理对降低环境和健康风险具有重要意义。
[0003]目前，常见的重金属和氯代烃污染地下水的修复方法有很多，主要分为原位修复技术和异位修复技术。其中异位修复技术(如抽出
‑
处理技术)需将污染地下水抽出，将其转移至地上再进行后续处理，这种方法工程量大，修复成本高且对环境扰动大，易产生二次污染问题；而原位修复技术无需进行挖掘，可直接在污染场地就地修复，具有成本低、对污染场地环境干扰小等优点，因此被专家学者作为地下水污染修复的研究重点和主要方向。/>[0004]有研究表明，纳米零价铁近年来被广泛应用于地下水修复和危险废物处理等环境领域，但由于其易钝化和易团聚的特点，使其应用受到很大限制。一方面，纳米零价铁表面极易被氧化，形成的氧化物外壳阻碍其与污染物的电子传递，导致反应活性急剧下降；另一方面，其较高的表面能和固有的磁性反应使其难以分散在水中，团聚后易沉降于含水层介质表面，使局部含水层堵塞，导致修复效率下降。
[0005]综上所述，提供一种可在地下水中长期有效的催化剂，在化学还原和微生物共同作用下降解地下水中重金属和有机氯代烃，具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对现有地下水重金属和有机氯代烃治理难、费用高、易造成二次污染或破坏生态平衡以及纳米零价铁催化剂存在的易钝化、团聚，稳定性差等缺陷，本专利技术的第一个目的是在于提供一种乳化纳米铁催化剂。该催化剂可以有效减缓纳米零价铁在迁移过程中的腐蚀或氧化过程，提高污染物与纳米零价铁的反应活性，同时具有不易团聚、稳定性高、生物毒性小等优点。
[0007]本专利技术的第二个目的是在于提供一种乳化纳米铁催化剂的制备方法。该方法简单，操作方便，成本低廉，适合工业化生产。
[0008]本专利技术的第三个目的是在于提供一种乳化纳米铁催化剂的应用。将该催化剂应用
于去除水体中的重金属和有机氯代烃时，可以将重金属还原为无毒无害的金属离子，同时直接将有机氯代烃等有机物进行降解和矿化，显著提高污染物的去除效率。
[0009]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种乳化纳米铁催化剂，其包括植物油乳化液和纳米零价铁，所述纳米零价铁包裹于植物油乳化液的油滴中。
[0010]本专利技术中，植物油乳化液中的油滴作为纳米零价铁的缓释载体，其植物油包裹于铁纳米颗粒上形成一层可降解的油水膜可以阻止无机离子和极性溶液进入核心反应区从而避免纳米铁的活性减小或表面钝化，保护纳米铁在迁移过程中不被腐蚀或氧化，促进零价铁纳米粒子在与环境中的电子传递，提高其反应活性，并且油水膜可以作为屏障防止纳米零价铁粒子因静电作用而聚集，同时也减小了零价铁纳米粒子的生物毒性。
[0011]作为一个优选的方案，所述纳米零价铁的含量为所述乳化纳米铁催化剂的2.5～10wt％，进一步优选为3～4.5wt％，最优选为3.8wt％。当纳米零价铁浓度越高，存在于胶体中铁的数量就越多，其颗粒之间发生布朗运动发生聚沉的机会就越多，乳化纳米铁的稳定性就越差。
[0012]作为一个优选的方案，所述植物油乳化液中的植物油的含量为所述乳化纳米铁催化剂的1.4～7wt％，进一步优选为4～5wt％，最优选为4.3wt％。植物油含量过低，未能完全包覆住纳米零价铁颗粒表面；植物油含量过高，乳化纳米铁的油膜较厚，传质较慢，易阻碍纳米零价铁与污染物的接触。
[0013]作为一个优选的方案，所述植物油乳化液中的植物油为食用植物油。所述植物油包括大豆油、玉米油、花生油、葵花籽油、棉籽油、棕榈油和亚麻籽油等。
[0014]作为一个优选的方案，所述植物油乳化液中的油滴粒径为100～1000nm。
[0015]作为一个优选的方案，所述纳米零价铁的粒径为50～200nm。
[0016]作为一个优选的方案，所述乳化纳米铁催化剂的粒径为200～1000nm。
[0017]本专利技术还提供了一种乳化纳米铁催化剂的制备方法，该方法是将包含植物油、表面活性剂和水在内的原料混合，得到植物油乳化液；将硼氢化钾溶液逐滴加入硫酸亚铁溶液中进行还原反应，得到纳米零价铁颗粒；将所述植物油乳化液逐滴加入纳米零价铁颗粒中进行负载反应，即得。
[0018]通过上述制备步骤可获得性能优良的乳化纳米铁催化剂。其中，纳米零价铁制备过程涉及的化学反应式为：Fe
2+
+2BH4‑
+6H2O
→
Fe
↓
+2B(OH)3+7H2↑
。
[0019]作为一个优选的方案，所述植物油乳化液制备过程中的原料还包括酵母浸粉。酵母浸粉可为微生物提供营养，强化微生物活性。
[0020]作为一个优选的方案，所述植物油在植物油乳化液中的浓度为10～50g/L。控制植物油浓度(添加量)在合适的范围有利于提高催化剂的催化效率。植物油浓度过低，对催化剂的负载不完全，随着反应的进行催化剂表面易钝化；植物油浓度过高对有机物的吸附性高，影响有机物的降解。
[0021]作为一个优选的方案，所述表面活性剂在植物油乳化液中的浓度为0.5～1.5g/L。控制表面活性剂浓度(添加量)在合适的范围有助于获得性能优良的催化剂。当表面活性剂含量很低时，表面活性剂以小型胶束形式存在于溶液中；随着表面活性剂量的增加，表面活性剂在铁表面形成胶束；继续增加达到饱和值时，增加表面活性剂的用量就不能再提高稳定性，反而造成资源浪费。
[0022]作为一个优选的方案，所述表面活性剂包括Tween 80和/或Span 80。
[0023]作为一个优选的方案，所述硼氢化钾溶液中的硼氢化钾与硫酸亚铁溶液中的硫酸亚铁的摩尔比为2.5～3.5：1。控制硼氢化钾的用量在合适的范围能够获得较为理想的纳米零价铁颗粒。硼氢化钾用量过低则二价铁不能被完全还原为零价铁，而其用量过大则可能无法获得尺寸较理想的纳米零价铁颗粒。
[0024]作为一个优选的方案，所述硫酸亚铁溶液的浓度为100～120g/L。
[0025]作为一个优选的方案，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乳化纳米铁催化剂，其特征在于：包括植物油乳化液和纳米零价铁，所述纳米零价铁包裹于植物油乳化液的油滴中。2.根据权利要求1所述的一种乳化纳米铁催化剂，其特征在于：所述纳米零价铁的含量为所述乳化纳米铁催化剂的2.5～10wt％；所述植物油乳化液中的植物油的含量为所述乳化纳米铁催化剂的1.4～7wt％。3.根据权利要求1或2所述的一种乳化纳米铁催化剂，其特征在于：所述植物油乳化液中的植物油为食用植物油。4.根据权利要求1或2所述的一种乳化纳米铁催化剂，其特征在于：所述植物油乳化液中的油滴粒径为100～1000nm；所述纳米零价铁的粒径为50～200nm。5.根据权利要求1所述的一种乳化纳米铁催化剂，其特征在于：所述乳化纳米铁催化剂的粒径为200～1000nm。6.权利要求1～5任何一项所述的一种乳化纳米铁催化剂的制备方法，其特征在于：将包含植物油、表面活性剂和水在内的原料混合，得到植物油乳化液；将硼氢化钾溶液逐滴加入硫酸亚铁溶液中进行还原反应，得到纳米零价铁颗粒；将所述植物油乳化液逐滴加入纳米零价铁颗粒中进行负载反应，即得。7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯浩波，黄冬侠，徐兰，雷润龙，唐晨，陈东宇，史平，
申请(专利权)人：武汉大学肇庆资源与环境技术研究院，
类型：发明
国别省市：