[发明专利]纳米级FeS/LDH复合材料制备及钝化去除水中铬的应用

说明书

本发明涉及一种用于固定钝化重金属铬污染水的纳米水滑石负载硫化亚铁复合材料的合成和应用。所述的水滑石为纳米级Fe‑Al水滑石，由单层水滑石团聚得到，尺寸为230nm；在水滑石表面原位合成硫化亚铁，利用水滑石的较大的比表面积，有效避免硫化亚铁的团聚。本发明提供的纳米水滑石负载硫化亚铁复合材料，在固定钝化Cr过程中，利用了水滑石的阴离子交换作用、Fe²⁺和FeS的双重还原作用和Fe³⁺和Cr³⁺的共沉淀，在降低Cr浓度的同时，也降低了Cr⁶⁺的毒性，避免二次污染，达到良好钝化效果。与LDH相比，FeS/LDH具有更好的钝化效果，更强的抗阴离子干扰能力，具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及纳米级铁铝水滑石负载硫化亚铁复合材料的制备方法。具体在合成的纳米级水滑石上负载还原性硫化亚铁。这种新材料加入到含有重金属铬阴离子的污染水中，可将其还原、钝化，降低水体毒性。

背景技术

随着人类社会的发展，皮革、采矿等产业迅猛发展，大量的重金属随废水、废气、废渣被排放到自然界，污染水环境。重金属在水体中不会被生物降解，只会随着生态系统的传递，在生物体内进行累积，最终对人类健康产生不可磨灭的影响。

铬(Cr)是水体中常见的重金属污染物，也被国际癌症研究中心确定为人类致癌物。Cr主要是以六价铬（Cr⁶⁺）和三价铬（Cr³⁺）的形式存在于自然环境中，其中Cr³⁺易于与其他物质形成沉淀或者络合物，稳定存在于水溶液或者土壤中，而Cr⁶⁺主要是以CrO₄^2-、HCr₂O₇^-的阴离子形式存在于环境中，由于其具有强氧化性，Cr⁶⁺的毒性是Cr³⁺的100倍。在人体中，Cr⁶⁺易与体内酶结合，破坏酶的催化作用，影响人体内正常的氧化还原过程，具有明显的致癌性。

国内外对重金属Cr的去除技术多种多样。物理技术包括吸附法和电动法：前者是利用材料的高比表面积吸附固定重金属，此过程中重金属的毒性并未降低，且容易脱附；电动法是利用电动学原理使Cr在电极两段进行积累，只可以富集重金属，运行成本高，后续设备维护费用较高。生物技术利用植物或者微生物新陈代谢吸附铬：微生物技术目前还只停滞在实验室研究阶段，未大规模使用；植物修复法局限性更大，重金属污染的浓度偏高和土壤质地不合适均不能使用。化学技术则可以通过加入钝化剂将重金属钝化、失去活性，成为不易被生物吸收的状态，彻底消除或降低对生物体危害；该方法效果最好，成本最低。化学技术的核心是选择添加化学试剂的量和类型，即选择合适的钝化剂。本专利就是采用化学技术，涉及一种钝化水体中铬的新材料的制备方法及其应用。

水滑石(LDH)是一种具有层状结构的阴离子型粘土，具有非常大的阴离子交换量。当LDH加入到铬污染水中，毒性大的CrO₄^2-、HCr₂O₇^-阴离子会进入到LDH层间被吸附固定和富集，起到降低水中毒性作用。显然，一般的LDH离子交换能力有限，也存在脱附后阴离子重新进入水体的可能。本专利涉及研究一种制备新型LDH的方法，用该方法制备的LDH既可以吸附固定和富集Cr⁶⁺，还具有强的还原能力，可以在水滑石表面将其转化成毒性更小的Cr³⁺，再进一步固定在LDH结构体中，达到固定钝化污染物Cr的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在纳米级水滑石上负载硫化亚铁制备复合材料(FeS/LDH)的制备方法，制得其产品；还提供了一种操作简单、适用范围广、环境友好的纳米级复合材料FeS/LDH去除水中重金属Cr的方法。