[发明专利]一种基于净水厂铁泥的硫化零价铁的制备方法及其应用

说明书

本发明属于固废资源化利用领域，具体涉及一种基于净水厂铁泥的硫化零价铁的制备方法及其应用。所述制备方法包括：(1)水厂铁泥通过预处理成为粉末，铁泥粉末经硫改性制得硫负载铁泥；(2)反应后经固液分离并干燥后得到改性干铁泥；(3)将硫负载干铁泥样品在无氧条件下煅烧至800℃，制得硫化纳米零价铁。本发明制得的硫化纳米零价铁为净水厂含铁污泥资源化利用提供了新路径，发明操作过程简便，制备周期较短，成本低廉。制得的硫化纳米零价铁能活化水中分子氧、过硫酸盐和高碘酸盐催化氧化的降解有机污染物，在环境污染物的处理领域具有较好的普适性，具有广阔的市场化应用前景。

技术领域

本发明涉及水厂固废资源化利用和污水处理技术领域，特别涉及一种基于净水厂铁泥的硫化纳米零价铁的制备方法及其在高级氧化去除有机污染物领域的应用。

背景技术

零价铁(ZVI,Fe⁰)作为一种环境友好、低廉易得的净水材料，具有还原电位低、电子储存量多等特点，具有良好的吸附特性和反应活性。此外，以零价铁为核心的高级氧化技术逐渐应用于污废水中污染物得去除。尤其是零价铁与氧化剂的联用可以产生多种氧化活性物种，不仅显著提高了污染物的去除效果，而且拓宽了零价铁的使用范围。但由于ZVI表面易发生团聚，以及表面形成铁氧化物或羟基氧化物钝化层，从而导致其反应活性下降。

硫化零价铁(S-Fe⁰)可以减缓ZVI团聚及表面的钝化过程。FeS_x壳相比氧化铁膜更具有电子传导性和活性，同时硫化物种可以促进Fe(III)向Fe(II)的转化，改善Fe(II)的回收。S-Fe⁰对于卤代有机污染物表现出相对快速的脱氯和脱氟作用。此外，S-Fe⁰在催化氧化体系中也呈现出明显的催化活性特征。在S-Fe⁰表面生成的硫化铁(FeS_x)提高了电子数量和转移速率，从而加快了其催化活性。然而，目前合成S-Fe⁰的两种主要方法是水相沉淀法和机械化学球磨(也称为固体-固体硫化)法，需要消耗大量能量，增加制备成本。因此，有必要探究新的硫化零价铁的制备方法，以解决上述技术问题。

净水厂生产污泥是饮用水处理工艺中所产生的副产物，且产生量较大。全球净水污泥的平均产量超过3.65×10⁶吨/年，仅我国一年干污泥产量高达1.5～2.4×10⁶吨，英国和澳大利亚年干污泥产量为1.82×10⁵和2.0×10⁵吨，新西兰每年湿污泥产量超过2.98×10⁴吨。净水厂铁泥是使用铁盐[FeCl₃，FeSO₄·7H₂O，聚合氯化铁(PFCl)等]作为混凝剂，在混凝/絮凝-沉淀阶段形成副产物，主要成分为悬浮泥沙、胶体颗粒、天然有机物、少量藻类细菌等物质、金属氢氧化物、助凝剂(如聚丙烯酰胺)以及其他水处理药剂(如粉末活性炭)。铁泥具有典型的“污染”与“资源”双重属性，常规处理处置是通过脱水后填埋，不仅可能造成土壤或水环境二次污染，而且不利于铁泥中有效成分的资源化利用。

因此，本发明介绍了一种净水厂铁泥资源化制备硫化零价铁的方法，并将其应用于污废水中有机污染物的去除，实现废物多级利用，节约原材料及合成制备成本，开发出资源节约型和环境友好型的净水材料，对于“以废物治废水”的核心理念具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术硫化零价铁制备过程原料成本和能耗问题，结合净水厂含铁污泥的有效成分和结构特性，提供一种基于净水厂铁泥的硫化零价铁的制备方法，所述方法制作成本低、周期短。本发明不仅能够对净水厂废弃铁泥资源化再利用提供可行性方案，且较好的降低了硫化零价铁制备过程的原料成本和能耗，同时提供了在污废水中去除典型有机污染物的应用方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明的目的之一是提供一种基于净水厂铁泥的硫化零价铁的制备方法，包括以下步骤：