[发明专利]纳米零价铁碳陶粒及其制备方法和在处理废水中的应用

说明书

本发明公开了纳米零价铁碳陶粒及其制备方法和在处理废水中的应用，属于污水处理技术领域。所述纳米零价铁碳陶粒包括主料和辅料；所述主料包括以下质量百分比的原料：0‑35％碳源，20‑50％载体，30％‑70％纳米零价铁；所述辅料包括粘合剂和造孔剂；所述粘合剂的质量是主料总质量的1‑5％；所述造孔剂的质量是主料总质量的1‑5％。本发明的制备方法工艺简单、产品质量以及产品形状大小可控，纳米零价铁碳陶粒作为污水处理填料可用于治理废水。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，更具体的涉及纳米零价铁碳陶粒及其制备方法和在处理废水中的应用。

背景技术

水污染最直接危害就是破坏生态环境，威胁人体健康。危害较大且难降解的有机废水、重金属废水以及农业废水的处理已成为国内外废水处理的难题。污水中难降解污染物的去除是治理污水的关注重点。 PRB技术通常作为一种污染源的原位修复技术，将污染物通过天然或人工的水力梯度被运送到处理介质中，在具有较高渗透性的化学活性物质的作用下，发生沉淀反应、吸附反应、催化还原反应或催化氧化反应，转化为低活性的物质或降解为无毒的成分。因此，针对水体污染问题，需要研究一种新型污水处理填料，应用于原位修复技术中，实现对污染物的有效去除。

纳米零价铁(nZVI)不仅在空气中易被氧化，同时在水中降解污染物时会产生氢氧化物和金属碳酸盐，附着在nZVI表面使其钝化，导致nZVI很难长期保持活性。此外，由于nZVI本身粒度小、比表面积大、表面能大及自身存在磁性等特性，容易产生团聚，导致表面积降低，反应速率下降。在实际工程应用中，nZVI流动性强，若直接作用于地下水，可以扩散至含水层甚至饮水系统，对生态环境及人类健康造成威胁。

从长远来看，对nZVI的分散性和反应活性进行改善后应用于地下水修复中，可以实现高效、低成本的去除污染物的目的。在之前的一些案例中，nZVI 在PRB中的大部分工程应用主要基于直接注入的方式，一些现场实验发现注入nZVI后可以在短时间内降低污染物的浓度。但是由于nZVI的高活性及较大的表面能，在进入地下水环境后会发生团聚或与其它成分快速反应而失去活性。这导致难以实现对污染物的长期持续去除，而反复注射带来的高成本也限制了这项技术的应用。此外，直接注射还会导致nZVI的流失和扩散，而nZVI本身的毒性作用会带来二次污染问题。而目前针对nZVI材料的缺陷而提出的改性方案中，将nZVI负载于固体支撑物(如活性炭、蒙脱石以及三氧化二铝等)虽然减轻了nZVI团聚现象。但在这些材料中，如活性炭等易碎，在PRB 中容易流失或造成堵塞而影响运行。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了纳米零价铁碳陶粒及其制备方法和在处理废水中的应用，本发明的制备方法工艺简单、产品质量以及产品形状大小可控，纳米零价铁碳陶粒作为污水处理填料可用于治理废水。

本发明的第一个目的是提供一种纳米零价铁碳陶粒，包括主料和辅料；

所述主料包括以下质量百分比的原料：0-35％碳源，20-50％载体，30％-70％纳米零价铁；

所述辅料包括粘合剂和造孔剂；

所述粘合剂的质量是主料总质量的1-5％；

所述造孔剂的质量是主料总质量的1-5％。

优选的，碳源为生物炭、活性炭、焦炭中的一种。

优选的，粘结剂为羟甲基纤维素、壳聚糖、环氧树脂、聚氧化乙烯中的一种。

优选的，造孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵、淀粉、聚甲基丙烯酸酯中的一种。

优选的，载体为高岭土、蒙脱石、膨润土、二氧化钛、二氧化硅、凹凸棒石中的一种。

本发明的第二个目的是提供上述纳米零价铁碳陶粒的制备方法，所述纳米零价铁碳陶粒按照以下步骤制备：