[发明专利]一种针铁矿及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种针铁矿及其制备方法和应用，该针铁矿表面的结构羟基与晶格氧浓度比为1.1～2；其制备方法包括以下步骤：1)配制浓度为0.1～10mol/L的碱溶液；2)配制浓度为0.1～5mol/L的铁盐溶液；3)移取步骤1)中的碱溶液与步骤2)中的铁盐溶液至密闭容器中，在60～90℃温度及密闭条件下反应6～12h，所述碱溶液与所述铁盐溶液按OH^‑：Fe³⁺的摩尔比为0.02～100:1的比例加入；4)将步骤3)反应后的沉淀洗涤干燥后即得所述针铁矿。本针铁矿表面的结构羟基与晶格氧浓度比远高于现有针铁矿，其表面具有更多的缺陷；本发明针铁矿单位质量吸附As(V)的饱和吸附量为24.0～77.3mg/g，其吸附性能远远高于现有针铁矿。

技术领域

本发明涉及超标含砷地下水的处理技术，具体指一种针铁矿及其制备方法和应用。

背景技术

重金属砷是对人体危害极大的元素之一，长期饮用含砷地下水，会引起慢性中毒，甚至死亡。我国是矿物资源大省，随着社会经济的发展需要，矿区资源的过度开采与冶炼，导致了我国南方地区地下水中重金属砷超标，已经严重威胁到了矿区生态植被环境以及当地人民的生命安全。因此加快对矿区地下水重金属污染的治理工作显得尤为重要。

可渗透反应格栅(PRB)吸附技术被认为是高效处理矿区重金属污染的重要方法之一，其核心在于活性填料吸附剂。针铁矿是土壤中分布非常广泛的铁氧化物，由于其价格低廉、环境友好，常作为PRB的活性填料应用于重金属的吸附材料。但是目前市售的铁氧化物吸附砷性能很低。为了提高针铁矿的吸附性能，科学家采取了一系列的措施，如Silva等合成了Al掺杂的针铁矿样品，发现Al掺杂能够提高针铁矿吸附As(V)的性能，具有13％Al掺杂量的针铁矿吸附As(V)的性能最好(31.2mg/g)。Guo等发现直接合成的针铁矿吸附性能很低(11.2mg/g)，通过磷铁矿转化为针铁矿这一策略，能够显著提高As(V)的吸附性能(121mg/g)，但是矿相转化需要在400℃煅烧3h，在一定程度上增加了能耗和成本。因此，如何采用经济成本低廉、合成工艺简单的策略来提高针铁矿吸附砷的吸附容量，将是实现针铁矿作为活性填料应用于治理地下水砷污染的关键，也是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针铁矿及其制备方法和应用，本发明吸附剂成本低廉、吸附砷效果好、制备工艺简单。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种针铁矿，所述针铁矿表面的结构羟基与晶格氧浓度比为1.1～2。

进一步地，所述针铁矿表面的结构羟基与晶格氧浓度比为1.67～1.85。

一种针铁矿的制备方法，包括以下步骤：

1)配制浓度为0.1～10mol/L的碱溶液；

2)配制浓度为0.1～5mol/L的铁盐溶液；

3)移取步骤1)中的碱溶液与步骤2)中的铁盐溶液至密闭容器中，在60～90℃温度及密闭条件下反应6～12h，所述碱溶液与所述铁盐溶液按OH^-：Fe³⁺的摩尔比为0.02～100:1的比例加入；

4)将步骤3)反应后的沉淀洗涤干燥后即得所述针铁矿。

进一步地，所述步骤1)中的碱溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化钙溶液中的一种或多种的混合。

进一步地，所述步骤2)中的铁盐溶液为氯化铁溶液、硝酸铁溶液和硫酸铁溶液中的一种或或多种的混合。

进一步地，所述步骤3)中，碱溶液和铁盐溶液的移取顺序为，先移取碱溶液，然后再移取铁盐溶液。

进一步地，所述步骤3)中，反应温度为60～80℃，反应时间为6～8h。

进一步地，所述步骤4)中，干燥方法为冻干。