[发明专利]一种芳香族羧酸改性的零价铁剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种芳香族羧酸改性的零价铁剂的制备方法，该方法包括：常温条件下，以芳香族羧酸水溶液为溶剂，向溶剂中加入零价铁剂，经络合反应后，分离得到芳香族羧酸改性的零价铁剂；或者，向铁盐和/或亚铁盐中依次或同时加入硼氢化钠和硫化剂，进行还原反应和硫化反应，分离得到芳香族羧酸改性的硫化纳米零价铁。本发明采用芳香族羧酸改性的零价铁剂表面的铁氧化物、铁硫化物或铁氮化物和芳香族羧酸中的羧基官能团络合，从而抑制零价铁的钝化，从而可以释放更多的电子来降解污染物，提高降解效率。

技术领域

本发明涉及环境化学技术领域，尤其涉及一种芳香族羧酸改性的零价铁剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，因企业搬迁而遗留的污染场地已成为制约城市土地资源再利用的重要因素；而零价铁颗粒是目前唯一实际应用的低扰动原位修复材料，它能够提供充足的电子来有效还原各种污染物，其中包括有机、无机类污染物和重金属类污染物。目前，零价铁渗透反应墙(PRB)在全球已有几百个工程应用。然而，受施工成本、技术和大粒径零价铁低活性的限制，该方法不适用于深层、构筑物下地下水及污染源修复。将零价铁的粒径降低至纳米级，可以大大提高其比表面积，提高活性的同时为直接注入到地下水修复提供可能。

然而，零价铁往往会与水发生析氢副反应，使得其对污染物的电子效率大大降低。此外，环境中O₂的存在会导致零价铁表面生成具有较高氧化态的铁氧化物，使零价铁表面氧化层变得更厚。为了进一步开拓零价铁的应用市场，在过去的三十年间，已经开发出了各种针对零价铁的改性方法用以克服上述的缺陷及局限性，这些研究的方向主要集中于以下几种：(1)通常超声或者酸洗去除表面钝化层，但只能得到短暂高活性，不具备长久性；(2)利用贵金属的催化能力合成铁基双金属体系增强零价铁反应活性，如双金属Fe-Pd，但成本高、材料寿命短和很可能对环境造成二次污染。随着研究的推进，学者们逐渐意识到虽然以上的改性方式均能显著地提升零价铁材料活性和去除污染物的性能，但并没减弱甚至加强了析氢反应(HER)的进行，缩短了零价铁材料的使用寿命。而硫化改性零价铁可以显著改变以上缺点，不仅可以提高颗粒活性，也能抑制与水的副反应，从而提高材料的寿命。

此外，关于硫化的零价铁处理实际废水的研究也逐渐成熟，为了提高硫化型零价铁的实际应用能力，研究强化硫化零价铁还原降解污染物也许是未来研究的方向。在此基础上，有研究通过一些化学手段来强化零价铁，化学试剂强化技术中目前研究较多的有氧化剂强化法、添加阳离子强化、添加小分子直链酸等，可以造成零价铁表面氧化层的点蚀和剥落，从而促进零价铁的腐蚀，提升零价铁对一些重金属及有机污染物的去除。