[发明专利]一种磁场预处理提高零价铁反应活性的水和废水净化方法

说明书

技术领域

本发明属于水和废水处理技术领域，涉及一种磁场预处理提高零价铁反应活性的水和废水净化方法。

背景技术

零价铁价廉、环境友好而广泛应用于环境污染物的去除。零价铁在水中易发生腐蚀反应，即零价铁与水中的氧化剂（O₂、H⁺或H₂O）发生电化学反应，阳极反应为铁失电子转化为溶解性的Fe²⁺或不溶性的氢氧化铁，所伴随的阴极反应是还原反应。在零价铁的腐蚀过程中，会产生Fe²⁺_(aq)、Fe³⁺_(aq)、H₂及各种沉淀物如Fe(OH)₂、Fe(OH)₃、Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeOOH、绿锈等腐蚀产物。正是这些腐蚀反应及腐蚀产物使零价铁能通过还原、吸附、混凝等作用去除水中的污染物，且零价铁在水中的腐蚀速率直接影响了其与污染物的反应速率。20世纪70年代初出现关于零价铁可以还原去除水溶液中氯代有机物的专利，20世纪80年代Senzaki等提出用零价铁去除水中的有机污染物，随后Gillham等提出零价铁用于受污染地下水的原位修复。近年来零价铁已经被广泛应用于降解和去除环境中的有机或无机污染物，包括各种氯代有机物、重金属（Cr(VI)、As(V)、As(III)、Cu²⁺、Pb²⁺等）、偶氮染料、硝基芳香族、硝酸盐、高氯酸盐等。

零价铁与污染物之间的反应或消耗氢离子或产生氢氧根，导致反应过程中溶液pH值迅速升高，生成各种铁的（氢）氧化物覆盖于零价铁表面形成钝化膜。在强酸性条件下，溶液中的H⁺可防止沉积物的生成，使零价铁保持新鲜表面继续与污染物反应。在弱酸性或中性条件下，反应初期钝化膜的孔隙率较高，对零价铁与污染物之间的反应速率影响较小，随着反应的进行，钝化膜厚度增加且孔隙率减小，会严重降低零价铁与H₂O/O₂或与污染物之间的腐蚀反应，从而降低污染物的去除速率。因此零价铁的除污染能力随着pH的升高和反应时间的延长而逐渐降低，且有时反应过程会积累较难处理的中间产物，对许多物质的还原反应速率难以达到大规模应用的要求。

为提高零价铁的反应活性，常用的方法有两种，一是在铁表面掺杂另一种金属与其形成双金属，二是通过降低零价铁的粒径将其制备成纳米铁。目前见报道的双金属体系包括Au/Fe，Pt/Fe，Co/Fe，Cu/Fe，Ni/Fe，Pd/Fe，Ag/Fe等，除铁之外的另一种金属价格高、毒性大，且双金属的反应活性比零价铁提高有限甚至低于单纯的零价铁，从而限制了其应用。纳米铁粒径小，比表面积大，在与其他重金属污染物的反应中具有较高的反应活性，但纳米铁价格比普通铁粉高很多、易团聚、易失去活性、纳米铁与水之间的剧烈反应导致只有一部分纳米铁能发挥去除污染物的作用，且纳米材料的毒性问题是目前关注的一个热点，这些问题都限制了纳米铁的应用。因此必须寻找其他更加经济、实用、安全的方法来提高零价铁与污染物的反应速率，拓展其适用的pH范围。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有提高零价铁反应活性的两种常用方法（制备双金属或纳米铁）的缺陷，而提供一种磁场预处理提高零价铁反应活性的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁场预处理提高零价铁反应活性的水和废水净化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）利用磁场对零价铁进行预处理；

（2）把经过预处理的零价铁加入相应的反应器中，使水或废水得到净化。

所述的步骤（1）中，磁场预处理的时间以3-8分钟为宜。

所述的步骤（1）中，磁场为恒定磁场、交变磁场、脉动磁场或脉冲磁场。

所述的步骤（1）中，弱磁场的强度以30-70 mT为宜。

所述的步骤（1）中，零价铁可以是未使用过的零价铁也可以是已经使用过的、表面有钝化膜的零价铁。

所述的步骤（2）可以是利用零价铁的还原能力或吸附能力去除水和废水中的各种重金属和有机污染物，也可以是利用零价铁的催化能力来活化过硫酸盐或双氧水去除各种有机污染物。

所述的步骤（2）中的反应器可以是完全混合式反应器也可以是固定床反应器。