[发明专利]一种碳负载的纳米零价铁材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种碳负载的纳米零价铁材料及其制备方法与应用。该方法包括：首先制备MIL‑88A型铁MOF，然后在还原性气氛(H₂/Ar混合气氛)下焙烧MOF前驱体，即可制备出形貌仍旧为梭型的碳负载的纳米零价铁材料。将该材料与铬污染土壤充分混合反应，最后依据浸出毒性的变化对修复效果进行评价。本发明的制备方法简单，原位还原的方式可保证零价铁的高分散性，从而使得其还原固定铬的能力相对于单纯零价铁有显著提升，此种方法可广泛应用于重金属污染土壤的修复领域。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术及土壤重金属污染修复领域，具体涉及一种碳负载的纳米零价铁材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业化及城市化的快速推进，我国土壤污染日益严重，特别是通过工业排放、交通运输、市政建设和大气沉降等造成的土壤重金属污染越来越严重。土壤重金属污染具有隐蔽、滞后、累积、不可逆转、残留时间长、难治理等特点，并能通过食物链转移，对整个人类的生存环境造成深远的不利影响。

铬是一种非常重要的化工原料，被广泛应用于如铬盐生产、钠盐生产、皮革制作、合金材料加工、电镀、防腐、耐火材料生产等领域。建国以来，我国先后建立起70多家铬盐企业、上千家镀铬企业以及数百家规模较大的皮革加工企业，这些企业大量消耗铬资源生产的同时，也副产出巨量的含铬废渣或含铬废水，早期政策监管不严以及人民环保意识不强的背景下，巨量的含铬污染物被排放到环境中，造成了严峻的铬污染问题。据统计，仅600多万吨历史堆存铬渣污染源一项，造成的铬污染土壤总量就超过1250万吨。因此铬污染土壤的修复已经成为行业领域研究的热点和难点。

目前，使用化学药剂固定稳定化修复是铬污染土壤修复领域最广泛采用也最有前景的修复方法。其中，铁系材料(尤其是零价铁)由于来源广泛成本低廉、绿色无毒无二次污染风险、还原固定效率高等优点被大量用于修复铬污染土壤。相比于零价铁块材，纳米级的零价铁由于尺寸小比表面积大、反应活性高，因而对Cr(VI)的还原固定效果更好。然而正是因为纳米零价铁较高的表面积能和较强的磁性，其特别容易发生团聚和氧化，从而使得还原固定重金属的效果下降。

将纳米零价铁与其它材料复合或者将其负载到一些载体上，可以显著地改善纳米零价铁的团聚情况，提高其反应活性，但常规的负载方式由于载体和纳米零价铁之间作用力较弱，因而在复合材料的使用过程中，纳米零价铁依然很容易流失。(Singh R,Misra V,Singh R P.Remediation of Cr(VI)contaminated soil by zero-valent ironnanoparticles(nZVI)entrapped in calcium alginate beads[C]//SecondInternational Conference on Environmental Science and Development,IPCBEE.2011,4.)例如，Singh R及其同事通过先合成纳米零价铁再将其包埋在海藻酸钙微珠中的方式获得改性纳米零价铁材料，并将其用于固定稳定受污染土壤中的Cr(VI)，虽然性能相对于未修饰的纳米零价铁有所提升但提升作用十分微小。因此，利用负载的方式来提高纳米零价铁的分散性并设法增强其与载体的相互作用力，对于提高零价铁在土壤重金属污染治理领域的使用效果有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种碳负载的纳米零价铁材料及其制备方法与应用。

本发明的目的旨在提供一种操作简便、修复效果好、修复成本低且无二次污染风险的，利用铁MOF原位还原制备碳负载的纳米零价铁并应用于固定稳定化修复铬污染土壤的方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种碳负载的纳米零价铁材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将FeCl₃·6H₂O及富马酸加入水中，搅拌均匀，得到混合液；