[发明专利]一种氮掺杂零价铁复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂零价铁复合材料的制备方法及应用，该方法包括在惰性气体氛围下，将含氮化合物粉末和铁粉按质量比1:9～125混合后球磨，球磨结束后，得到氮掺杂零价铁复合材料；所述含氮化合物为三聚氰胺、尿素、氮化铁或双氰胺。本发明将含氮化合物粉末和铁粉进行球磨，得到的复合材料的表面会生成吡啶氮，吡咯氮和石墨氮，并与铁进行配位形成铁氮化物，能克服零价铁材料在修复过程中的钝化问题，对含氯有机污染物和重金属污染物的去除效率较高。

技术领域

本发明涉及环境化学技术领域，尤其涉及一种氮掺杂零价铁复合材料的制备方法及应用。

背景技术

零价铁作为一种具有前景的地下水修复材料，得到了国内外的广泛关注和深入研究。由于其来源丰富，价格低廉，具有较强的还原性，从而被广泛应用于降解和去除环境中的有机和无机污染物。

然而，零价铁在实际工程应用过程中也存在着许多缺陷，如纳米零价铁的强磁性和高表面能会使其聚齐成大颗粒，进而使得部分活性位点不能有效释放，活性成分的利用率低；同时，零价铁表面的致密氧化膜会大大阻碍活性成分与目标污染物的接触，从而降低零价铁活性。

为了克服上述单纯零价铁在实际应用中的缺陷，国内外学者不断探索对零价铁表面进行修饰或以其为基础合成复合材料。Zhang等人将贵金属(铂、钯、银等)负载到零价铁上，形成双金属材料[Treatment of chlorinated organic contaminants withnanoscale bimetallic particles.Catal.Today.1998,40(4),387-395.]，虽然大大提升了零价铁降解有机污染物的速率。但铂、钯、银成本高昂，且一旦流失到环境介质中极易引起二次污染。

近年来，硫掺杂已逐渐成为新型的零价铁改性方式，研究表明，硫掺杂后形成的铁硫化物可大幅度促进零价铁对污染物的降解活性。有研究人员报道(Mechanochemicallysulfidated microscale zero valent iron:Pathways,kinetics,mechanism,andefficiency of trichloroethylene dechlorination.Environ.Sci.Technol.2017,51(21),12653-12662.)，以零价铁(400目)和单质硫为原料，通过机械球磨合成了微米级的硫化零价铁。该方法制得的硫化零价铁不仅能克服原料的高成本缺陷，而且微米级的材料便于运输和保存，更易于实际应用。但此方法制备的硫化零价铁对三氯乙烯虽然具有较高的活性，但产生的有毒副产物(二氯乙烯)较多。

因此，有必要探究新的零价铁复合材料的制备方法，以解决上述技术问题，例如：对零价铁进行氮掺杂改性修饰，制备氮掺杂零价铁复合材料。

发明内容

本发明结合现有零价铁改性修饰的技术手段，合成一种氮掺杂零价铁新型复合材料，该材料的制备方法不仅操作简便，制备成本低，而且制得的氮掺杂零价铁对含氯有机污染物和重金属污染物有较高的去除效率。

具体技术方案如下：

一种氮掺杂零价铁复合材料的制备方法，包括：在惰性气体氛围下，将含氮化合物粉末和铁粉按质量比1:9～125混合后球磨，球磨结束后，得到氮掺杂零价铁复合材料；

所述含氮化合物为三聚氰胺、尿素、氮化铁或双氰胺。

经试验发现，将含氮化合物粉末和铁粉进行球磨后得到的复合材料的表面会生成吡啶氮，吡咯氮和石墨氮，这些氮会和铁进行配位形成铁氮化物；并且该复合材料对含氯有机污染物和重金属污染物有较高的去除效率。

作为优选，所述含氮化合物为三聚氰胺或尿素。

进一步地，所述铁粉为单质铁粉、还原铁粉、铸铁粉、生铁粉或含有零价铁的工业废铁屑；优选单质铁粉和还原铁粉；更优选粒径小于100μm的还原铁粉。