[发明专利]一种硅化改性零价铁及制备方法和应用

说明书

一种硅化改性零价铁，其表层为硅酸根取代的含硅氧化层，通过下述方法得到：以可溶性硅酸盐和微米铁粉为原料按比例混合，惰性气体氛围下球磨制备得到硅化改性零价铁。本发明将含硅前驱体与微米零价铁按比例混合后采用机械化学途径进行改性，得到的硅化改性零价铁可作为污水修复药剂、地下水原位注入材料及可渗透反应墙填充介质，适用于重金属污染环境的修复治理。本发明以绿色的硅酸盐为硅源，对微米零价铁进行表面硅化改性，操作简单、成本低廉，便于规模化生产，且制备的硅化零价铁分散性好、还原活性高、循环使用性能强，可用于多种重金属污染水体和土壤的治理。

技术领域

本发明属于环境材料制备及污染水体修复技术领域，具体涉及一种硅化改性零价铁。

本发明还涉及上述硅化改性零价铁的制备方法。

本发明还涉及上述硅化改性零价铁在修复多种重金属污染水体中的应用。

背景技术

随着工农业的迅速发展，全球水体重金属污染问题日趋严重。而进入环境中的重金属离子难以被生物降解，但其易被生物转化富集。长期暴露或使用此类重金属污染的水体，给周边居民及生态环境带来严重危险。如长期使用含铬水体会导致肾衰竭、皮肤癌变及肺损伤，而长期暴露于铅污染环境会导致人体造血系统和神经系统受到严重伤害。因此，研发高效的水体重金属污染修复材料及技术是环境修复领域中的研究重点。

近年来基于零价铁的重金属修复技术，由于其价格低廉、环境友好，可实现重金属的高效分离与固定，广泛用于水体重金属污染的修复治理。然而，零价铁在使用过程中往往存在易钝化、易团聚、易失活性的缺陷，其在水溶液中氧化形成的氧化层障碍了零价铁的电子向外传输，从而导致了零价铁的活性下降。针对此种缺陷，前人采用酸洗、超声及磁化等措施去除或缓解零价铁表面氧化层带来的抑制效应，然而在水溶液中此种氧化层的形成是难以避免的。此外，在零价铁去除重金属的过程中氧化层对重金属的吸附、络合及其表面沉淀过程发挥重要作用，而这些作用过程与其表面官能团密切相关。因此，改变零价铁表面氧化层的组成、调控其官能团类型，是强化零价铁去除重金属活性、选择性的有效途径之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅化改性零价铁。

本发明的又一目的是提供上述硅化改性零价铁的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的硅化改性零价铁，其表层为硅酸根取代的含硅氧化层，通过下述方法得到：以可溶性硅酸盐和微米铁粉为原料按比例混合，惰性气体氛围下通过球磨法制备得到硅化改性零价铁。

本发明提供的制备上述硅化改性零价铁的方法是：

以可溶性硅酸盐和微米铁粉为原料，按比例混合，通过球磨法制备得到硅化改性零价铁。

所述的制备方法，其中，可溶性硅酸盐为硅酸钠、偏硅酸钾、层状结晶二硅酸钠、层状结晶二硅酸钾和/或多种层状结晶复合硅酸盐。

所述的制备方法，其中，铁粉为微米级还原铁粉、生铁粉和/或泡沫铁粉，铁粉粒径在100-800目。

所述的制备方法，其中，可溶性硅酸盐和微米铁粉比例按硅/铁摩尔比例计硅酸盐为铁粉的0.02-20％。

所述的制备方法，其中，球磨转速为300-900r/min，球磨时间为2-20h。

本发明的硅化改性零价铁在修复多种重金属污染水体中的应用。

所述的应用，其中，重金属包括铬、砷、铅及镍。

所述的应用，其中，修复措施是基于地面多级混合-分离设备、原位高压注入及可渗透性反应墙。

本发明同现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明所使用的硅源绿色无毒，成本低廉，且不存在修复过程中的二次污染问题。