CN114259975B

CN114259975B - 一种改性零价铁及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN114259975B
Application number: CN202111623277.6A
Authority: CN
Inventors: 罗光前; 王莉; 孙瑞泽; 邹仁杰; 付彪; 方灿; 余鸣宇; 李显; 姚洪
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2041-12-28
Also published as: CN114259975A

Abstract

本发明属于污水处理相关技术领域，其公开了一种改性零价铁及其制备方法与应用，包括以下步骤：(1)将零价铁平铺在反应器内，并向反应器内通入氢气；(2)采用等离子体诱导氢气发生电离，被等离子化的氢与零价铁表面的铁氧化物或者氢氧化物发生还原反应，以去除零价铁表面的氧化层；(3)向反应器内通入混匀的H₂S气体与Ar气体的混合气，采用等离子体诱导H₂S的H‑S键发生电离形成含硫的活性基团，活性基团化学吸附于零价铁晶体的表面，得到了表面部分被官能化修饰的改性零价铁。本发明脱除效果高效且能够循环稳定地应用于选择性吸附废水中重金属元素，同时产生的污泥不具有浸出毒性，解决了制备工艺繁琐、耗时较长及成本较高的问题。

Description

一种改性零价铁及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于污水处理相关技术领域，更具体地，涉及一种改性零件铁的制备方法与应用。

背景技术

随着全球工业化的快速发展，各行业在生产制造过程中造成的水体重金属污染问题也日益严重。进入水体中的重金属主要有汞、砷、铅、镉、铜、铬、硒等，将会严重影响水体生态环境。同时，这些重金属会通过水生动植物传播到人类食物网，危害食品安全及人体健康：汞会影响人的中枢神经，且毒性难以消除；砷中毒会使得皮肤角质化和癌变；过量的铅会引起肾功能异常，孕中胎儿畸形。水是人类生命之源，因此水体重金属污染问题逐渐成为社会共同关注的焦点。

针对重金属污染水体的修复，目前主要方法有化学沉淀、电化学法、生物处理、离子交换、膜分离等，这些方法都能取得一定的重金属脱除效果，但在应用过程中都存在不同的问题：化学沉淀的脱除效果不佳且有污染浸出风险；生物处理技术周期较长；离子交换法的容量有限且再生率低；电化学法与膜分离法的运行及维护成本较高、经济性差。

零价铁技术是利用铁的还原性(E₀＝-0.44V)，将零价铁投放入污水中，表面快速吸附重金属污染物的同时对其进行还原，随后表面生成铁的氧化物及氢氧化物，形成核壳结构，重金属元素在氧化物壳中进行迁移，逐步扩散至零价铁晶体内核中，最终被封装在颗粒内部，实现重金属元素从废水中脱除，并且产生的污泥无浸出毒性。零价铁技术因为其高效的脱除能力、简便的操作及较高的经济型而受到广泛的关注。但零价铁技术的推广应用也存在着关键问题，其在生产制造与反应过程中，表面被氧化或腐蚀产生的铁的氧化物及氢氧化物逐渐积累，形成一层钝化膜，该钝化膜会阻碍零价铁与水体中的重金属元素直接接触，产生钝化作用，降低零价铁的反应活性。零价铁具有易团聚、易失活、易钝化等问题，为了进一步地发展和完善零价铁技术，需要对零价铁进行改性。

针对零价铁改性的研究成果包括：(1)专利CN112250156A公开了一种硅化改性零价铁及制备方法和应用，该发明提出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，经硅化修饰后零价铁表面的硅化层可抑制样品的团聚、强化选择性吸附，且促进零价铁供给电子能力，但该方法须在Ar气氛下球磨时间为2h-20h，优选4h-10h，制备方法繁琐且耗时较长，同时由于保持球磨过程中的厌氧环境，成本大大提升；(2)专利CN113060780A公开了一种老化改性零价铁快速去除水中铀的方法，该发明提出在惰性气体氛围下，将硫酸亚铁固体粉末加入至搅拌的蒸馏水中，随后加入粒径为微米级零价铁颗粒，搅拌过程中，逐滴滴入硫化钠溶液，滴加完成后，搅拌反应1h～3h，真空抽滤，低温干燥得到改性零价铁，随后在水中静置老化1d～15d，该方法提高了零价铁的活性、在水中的稳定性和目标污染物的选择性，但该制备方法繁琐且耗时较长，同时湿法硫化改性需较多的化学试剂，成本较高，且单次制备量少无法推广工程应用；(3)专利CN110627187B公开了一种硫化改性零价铁复合材料的制备方法及应用，该发明提出将黄铁矿与零价铁通过机械球磨制备复合材料，球磨过程中，每次球磨5min-10min，暂停相同时间后更换球磨转向，依次循环3次-6次，该方法制备的材料既能保证良好的反应性和选择性，对重金属和氯代有机污染物均有强化去除作用，但该方法耗时较长，且球磨过程中氧气会影响原位的Fe_xS_y的产生，导致表面生成铁的氧化物或氢氧化物，降低其应用中的活性。综上所述，现有的零价铁改性方法存在制备工艺繁琐、耗时较长及成本较高的问题，限制了制备方法的推广与应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种改性零价铁及其制备方法与应用，其通过等离子体快速改性零价铁，得到表面部分被官能化修饰的改性零价铁颗粒，所得官能化修饰的零价铁材料可作为废水中重金属元素的吸附剂，其脱除效果高效且能够循环稳定地应用于选择性吸附废水中的重金属元素，同时产生的污泥不具有浸出毒性，解决了制备工艺繁琐、耗时较长及成本较高的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种改性零价铁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将零价铁平铺在反应器内，并向反应器内通入氢气；

(2)采用等离子体诱导氢气发生电离，被等离子化的氢与零价铁表面的铁氧化物或者氢氧化物发生还原反应，以去除零价铁表面的氧化层；

(3)向反应器内通入混匀的H₂S气体与Ar气体的混合气，采用等离子体诱导H₂S的H-S键发生电离形成含硫的活性基团，活性基团化学吸附于零价铁晶体的表面，得到了表面部分被官能化修饰的改性零价铁。

进一步地，由于等离子体的诱导，离子由于沟道效应进入零价铁低晶面晶格表面并形成对载流子陷阱，造成晶格缺陷或者杂质。

进一步地，步骤(2)中，等离子体放电处理的时间小于等于5min；等离子体工作电压为20kV～45kV；等离子体工作频率为10kHz～20kHz。

进一步地，零价铁颗粒为微米级零价铁，粒径为100目～500目。

进一步地，步骤(3)中，等离子体放电处理的时间小于等于5min，反应温度为20℃～25℃。

按照本发明的另一方面，提供了一种改性零价铁，所述改性零价铁是采用如上所述的改性零价铁的制备方法制备而成的。

本发明还提供一种如上所述的改性零价铁的应用，所述改性零价铁应用于去除废水中的重金属元素。

进一步地，首先，将改性零价铁投加到含重金属的废水中，投加完后进行搅拌；最后，通过磁吸方式将改性零价铁从废水中分离回收。

进一步地，含重金属废水的pH为3-9；改性零价铁投加入含重金属的废水中，投加量为0.025g/L～0.1g/L。

进一步地，采用的搅拌转速为10rpm～400rpm；反应温度为10℃～30℃。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明所提供的改性零价铁及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：

1.本发明替代传统的机械研磨或化学药剂改性等零价铁改性方法，采用等离子体在气相中对零价铁进行改性，改性后的零价铁其比表面积增大3-5倍，且在等离子体的诱导下，离子由于沟道效应进入零价铁低晶面晶格表面，形成对载流子陷阱，造成晶格缺陷或杂质，颗粒表面及内部产生缺陷，增强了电子传递，具有更高的反应活性，提升了应用过程中、废水中重金属的去除速率。

2.本发明利用等离子体诱导H₂气体发生电离，被等离子化的氢与放置在反应器内的零价铁表面的铁氧化物或氢氧化物发生还原反应，去除零价铁表面的氧化层，防止因表面铁的氧化物或氢氧化物影响后续改性处理过程中原位Fe_xS_y的产生，提升材料应用过程中的活性及材料的利用率。

3.本发明利用等离子体诱导H₂S的H-S键发生电离形成含硫的活性基团，含硫活性基团化学吸附于零价铁晶体表面，得到表面部分被官能化修饰的改性零价铁颗粒，表面形成的硫化物带隙更小，是一个更好的电子导体，能够加快传递电子，且硫化后的产物亲水性降低，减少应用过程中与水的反应，可以有效地将电子传递至需要被脱除的重金属，增强针对重金属的选择性，提升了电子的利用率，结合以上特性，能够更有效地促进废水中重金属的脱除，且减缓了材料应用过程中的老化。

4.本发明利用等离子体改性的零价铁应用在废水中去除重金属，反应过程中会生成重金属的硫化物，生成物稳定性好，不易再次释放到废水中，具有环境友好性。

5.本发明利用等离子体改性的零价铁普适性良好，能够适应较宽的pH范围，且因为反应活性及材料利用率高，应用过程中所需投加量少，所需反应时间短，有效地降低废水中重金属去除的成本。

6.本发明利用等离子体改性零价铁的制备方法，制备工艺简单，耗时短，成本低廉，可进行大规模工业生产。

7.本发明利用等离子体改性的零价铁在应用过程中可通过磁吸回收，循环使用4-6次，有较高的经济性，因此具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明采用等离子体改性零价铁的系统的示意图；

图2是改性前后材料对废水中重金属脱除效率的对比图；

图3是改性后材料不同用量对废水中重金属脱除效率的对比图；

图4是改性后材料对废水中不同重金属的脱除效率对比图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-供气组，1-1-H₂气瓶，1-2-H₂S气瓶，1-3-Ar气瓶，2-流量阀组，2-1-减压阀，2-1-1-第一减压阀，2-1-2-第二减压阀，2-1-3-第三减压阀，2-2-质量流量计，2-2-1-第一质量流量计，2-2-2-第二质量流量计，2-3-三通阀，2-3-1-第一三通阀，2-3-2-第二三通阀，3-示波器，4-等离子体电源，5-等离子体反应器，5-1-混合气入口，5-2-等离子体放电正极，5-3-石英反应器，5-4-等离子体放电负极，5-5-混合气出口，6-尾气处理装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，本发明提供了一种改性零价铁的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：

(1)将零价铁平铺在反应器内，并向反应器内通入氢气。

其中，所述反应器内连续通入H₂气体，需将反应器内空气全部排出，反应器内充满H₂气体。

(2)采用等离子体诱导氢气发生电离，被等离子化的氢与零价铁表面的铁氧化物或者氢氧化物发生还原反应，以去除零价铁表面的氧化层。

所述反应器内通入H₂气体，等离子体放电处理的时间小于等于5min；所述等离子体的工作电压为20kV～45kV；所述等离子体的工作频率为10kHz～20kHz。

(3)向反应器内通入充分混匀的H₂S气体与Ar气体的混合气，采用等离子体诱导H₂S的H-S键发生电离形成含硫的活性基团，活性基团化学吸附于零价铁晶体的表面，得到了表面部分被官能化修饰的改性零价铁。此外，由于等离子体的诱导，离子由于沟道效应进入零价铁低晶面晶格表面并形成对载流子陷阱，造成晶格缺陷或者杂质；得到的改性零价铁储存于干燥器内。

本实施方式中，零价铁颗粒为微米级零价铁，粒径为100～500目；所述反应器内通入充分混匀的H₂S气体与Ar气体，H₂S气体与Ar气体的物质的量之比为1:(4-10)，等离子体放电处理的时间小于等于5min；所述等离子体改性过程中反应温度为20℃-25℃；所述干燥器内湿度低于5％，氮气含量大于90％。

本发明还提供了一种改性零价铁，所述改性零价铁是采用如上所述的改性零价铁的制备方法制备而成的。此外，本发明还提供了一种改性零价铁的应用，所述改性零价铁应用于去除废水中的重金属元素，具体包括以下步骤：

步骤一，将干燥器内收集的改性零价铁投加到含重金属的废水中，投加完后进行搅拌。

含重金属废水的pH为3-9；改性零价铁投加入含重金属废水，投加量为0.025g/L～0.1g/L；采用的搅拌转速为10rpm～400rpm；改性零价铁在含重金属废水中的停留时间为120min-300min；反应温度为10℃～30℃。

步骤二，通过磁吸方式将改性零价铁从废水中分离回收。

其中，改性零价铁通过磁吸分离回收，循环使用4次-6次。

改性零价铁的制备是通过一个系统实现，所述系统包括供气组1、流量阀组2、示波器3、等离子体电源4、等离子体反应器5及尾气处理装置6，流量阀组2连接所述供气组1及所述等离子体反应器5，所述示波器3的两端分别连接于所述等离子体电源4的两端，所述尾气处理装置6连接于所述等离子体反应器5。

其中，所述供气组包括H₂气瓶1-1、H₂S气瓶1-2及Ar气瓶1-3。所述流量阀组2包括减压阀2-1、质量流量计2-2及三通阀2-3，气体通过所述流量阀组2调控气体流量、比例等通入所述等离子体反应器5。所述减压阀2-1包括第一减压阀2-1-1、第二减压阀2-1-2及第三减压阀2-1-3，所述质量流量计2-2包括第一质量流量计2-2-1及两个第二质量流量计2-2-2；所述三通阀2-3包括第一三通阀2-3-1及第二三通阀2-3-2。所述第一减压阀2-1-1的两端分别连接H₂气瓶1-1及第一质量流量计2-2-1的一端，所述第一质量流量计2-2-1的另一端连接于所述第一三通阀2-3-1的一个通口。第二减压阀2-1-2的两端分别连接所述H₂S气瓶1-2及一个第二质量流量计2-2-2的一端，第二质量流量计2-2-2的另一端连接于所述第二三通阀2-3-2的一个通口，第二三通阀2-3-2的其他一个通口连接于所述第一三通阀2-3-1的其他一个通口。另一个第二质量流量计2-2-2的两端分别连接所述第二三通阀2-3-2剩余的一个通口及所述第三减压阀2-1-3的一端，所述第三减压阀2-1-3的另一端连接于所述Ar气瓶1-3。

所述等离子体反应器5包括混合气入口5-1、等离子体放电正极5-2、石英反应器5-3、等离子体放电负极5-4及混合气出口5-5，所述等离子体放电正极5-2及等离子体放电负极5-4分别设置在所述石英反应器5-3相背的两侧。所述混合气入口5-1及所述混合气出口5-5分别设置在所述石英反应器5-3相背的两端。石英反应器5-3用于平铺零价铁颗粒，所述等离子体放电正极5-2连接等离子体电源4的正极，等离子体放电负极5-4连接等离子体电源4的负极；所述示波器3连接等离子体电源4的正负极。

反应过程中开启等离子体电源4，利用示波器3观测电压、频率等电量值；所述反应气充满石英反应器5-3，经过等离子体电源4放电处理：通入H₂气体时，等离子化的氢与放置在石英反应器5-3内的零价铁颗粒表面的铁氧化物或氢氧化物发生还原反应，去除零价铁表面的氧化层；通入H₂S气体与Ar气体混合气时，产生含硫的活性基团，含硫活性基团化学吸附于零价铁晶体表面，得到表面部分被官能化修饰的改性零价铁颗粒；反应过程中产生的尾气通入尾气处理装置6，通过装置内的化学试剂(氢氧化钠等碱性溶液)吸收未反应完全的反应气。

请参阅图2、图3及图4，以下以几个实施例来对本发明进行进一步地详细说明。

实施例1

如图1所示，反应温度为20℃-25℃，称取适量微米级零价铁颗粒平铺于石英反应器5-3内，打开H₂气体对应的第一减压阀2-1-1，调节第一质量流量计2-2-1控制H₂气体流量为1L/min，气体通过第一三通阀2-3-1经混合气入口5-1进入石英反应器5-3，连续通入H₂气体，将石英反应器5-3内空气全部排出，石英反应器5-3内充满H₂气体，开启等离子体电源4进行放电处理，示波器3观测电压、频率等电量值，调整电压为45kV，频率为25kHz，反应持续时间为5min，反应过程中被等离子化的氢与放置在石英反应器5-3内的零价铁颗粒表面的铁氧化物或氢氧化物发生还原反应，去除零价铁表面的氧化层。随后关闭H₂气体及对应的第一减压阀2-1-1与调节第一质量流量计2-2-1，开启H₂S气体及对应的第二减压阀2-1-2与Ar气体及对应的第三减压阀2-1-3，调节第二质量流量计2-2-2控制H₂S气体流量为1L/min，调节第三质量流量计2-2-3控制Ar气体的流量为4L/min；气体通过第二三通阀2-3-2和第一三通阀2-3-1经混合气入口5-1进入石英反应器5-3，石英反应器5-3内充满混合均匀的H₂S气体与Ar气体，通过示波器3观测电压、频率等电量值，保持电压为45kV，频率为25kHz，反应持续时间为5min，反应过程中产生含硫的活性基团，含硫活性基团化学吸附于零价铁晶体表面，得到表面部分被官能化修饰的改性零价铁颗粒。反应过程中产生的尾气通入尾气处理装置6，尾气处理装置6内放置氢氧化钠溶液吸收未反应完全的反应气。收集得到的等离子体改性的零价铁材料储存于湿度5％，氮气含量90％的干燥器内。

在1000mL去离子水中加入0.5mL的、浓度为1000mg/L的Se标准溶液，人工制备Se浓度为500μg/L的含重金属废水；两个500mL反应器内加入500mL制备的废水，再分别投加0.075g的未经改性的零价铁颗粒和干燥器内收集的利用等离子体改性的零价铁颗粒；开启搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为300rpm，反应温度为室温20±2℃，反应时间为120min；反应结束后开启磁吸装置将颗粒磁性吸引在反应器内壁面，倾倒液体进行固液分离。

改性前后材料对废水中重金属Se的脱除效果如图2所示，在500mL废水中分别投加0.075g的未经改性的零价铁颗粒和干燥器内收集的利用等离子体改性的零价铁颗粒，在120min时对废水中重金属Se的脱除效率分别达到74％、95％，在300min时对废水中重金属Se的脱除效率分别达到78％、98％，经等离子体改性后的零价铁反应性增强。

实施例2

本实施例2按照实施例1制备等离子体改性的零价铁材料，在1500mL去离子水中加入0.75mL、浓度为1000mg/L的Se标准溶液，人工制备Se浓度为500μg/L的含重金属废水；三个500mL反应器内加入500mL制备的废水，再分别投加0.025g、0.05g、0.075g的干燥器内收集的利用等离子体改性的零价铁颗粒；开启搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为300rpm，反应温度为室温20±2℃，反应时间为300min；反应结束后开启磁吸装置将颗粒磁性吸引在反应器内壁面，倾倒液体进行固液分离。

经等离子体改性后的零价铁不同用量对废水中重金属Se的脱除效果如图3所示，在500ml废水中分别投加经等离子体改性后的零价铁0.025g、0.05g、0.075g，在120min时对废水中重金属Se的脱除效率分别达到74％、89％、95％，在300min时对废水中重金属Se的脱除效率分别达到88％、94％、98％，经等离子体改性后的零价铁反应性增强。

实施例3

本实施例3按照实施例1制备等离子体改性的零价铁材料。在500mL去离子水中加入0.25mL、浓度为1000mg/L的As、Se、Pb、Cd混合标准溶液，人工制备As、Se、Pb、Cd浓度为500μg/L的含重金属废水；500mL反应器内加入500mL制备的废水，再投加0.05g的干燥器内收集的利用等离子体改性的零价铁颗粒；开启搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为300rpm，反应温度为室温20±2℃，反应时间为300min；反应结束后开启磁吸装置将颗粒磁性吸引在反应器内壁面，倾倒液体进行固液分离。

经等离子体改性后的零价铁对废水中不同重金属的脱除效果如图4所示，在500ml废水中投加经等离子体改性后的零价铁0.05g，在120min时对废水中重金属As、Se、Pb、Cd的脱除效率分别达到23％、70％、20％、40％，在300min时对废水中重金属As、Se、Pb、Cd的脱除效率分别达到24％、75％、21％、42％。经等离子体改性后的零价铁对不同重金属都有一定的脱除效果，其中针对Se的选择性脱除效果最佳。

实施例4

本实施例4按照实施例1制备等离子体改性的零价铁材料。三个500mL反应器内加入490mL去离子水，通过加入NaOH和HCl调节pH分别为3±0.2、7±0.2、9±0.2；在每个反应器内加入0.25mL、浓度为1000mg/L的Se标准溶液，用去离子水定容至500mL，人工制备Se浓度为500μg/L的含重金属废水；三个反应器内分别投加0.05g的干燥器内收集的利用等离子体改性的零价铁颗粒；开启搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为300rpm，反应温度为室温20±2℃，反应时间为300min；反应结束后开启磁吸装置将颗粒磁性吸引在反应器内壁面，倾倒液体进行固液分离。

经等离子体改性后的零价铁对不同pH值废水中重金属Se的脱除效果，在pH值分别为3±0.2、7±0.2、9±0.2的500ml废水中分别投加经等离子体改性后的零价铁0.05g，在300min时对废水中重金属Se的脱除效率分别达100％、94％、85％。

实施例5

本实施例5按照实施例1制备等离子体改性的零价铁材料。在3000mL去离子水中加入1.5mL、浓度为1000mg/L的Se标准溶液，人工制备Se浓度为500μg/L的含重金属废水；六个500mL反应器内加入500mL制备的废水，在第一个反应器内投加0.075g的干燥器内收集的利用等离子体改性的零价铁颗粒；开启搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为300rpm，反应温度为室温20±2℃，反应时间为300min；反应结束后开启磁吸装置将颗粒磁性吸引在反应器内壁面，倾倒液体进行固液分离。将回收的颗粒用去离子水冲洗后再次投加到第二个装有500mL废水的反应器内，重复上述反应过程；按上述步骤重复，使得颗粒循环使用6次。

经等离子体改性后的零价铁循环使用6次对废水中重金属Se的脱除效率分别为98％、97％、94％、90％、86％、80％。循环使用过程中经等离子体改性后的零价铁对重金属的脱除效率有所下降，但仍保持较高脱除效率，循环六次后脱除效率高于未改性零价铁首次使用的78％，经等离子体改性后的零价铁反应性增强。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种改性零价铁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）将零价铁平铺在反应器内，并向反应器内通入氢气；

（2）采用等离子体诱导氢气发生电离，被等离子化的氢与零价铁表面的铁氧化物或者氢氧化物发生还原反应，以去除零价铁表面的氧化层；

（3）向反应器内通入混匀的H₂S气体与Ar气体的混合气，采用等离子体诱导H₂S的H-S键发生电离形成含硫的活性基团，活性基团化学吸附于零价铁晶体的表面，得到了表面部分被官能化修饰的改性零价铁。

2.如权利要求1所述的改性零价铁的制备方法，其特征在于：由于等离子体的诱导，离子由于沟道效应进入零价铁低晶面晶格表面并形成对载流子陷阱，造成晶格缺陷或者杂质。

3.如权利要求1所述的改性零价铁的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，等离子体放电处理的时间小于等于5min；等离子体工作电压为20kV~45kV；等离子体工作频率为10kHz~20kHz。

4.如权利要求1所述的改性零价铁的制备方法，其特征在于：零价铁为微米级零价铁颗粒，粒径为100目~500目。

5.如权利要求1所述的改性零价铁的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，等离子体放电处理的时间小于等于5min，反应温度为20℃~25℃。

6.一种改性零价铁，其特征在于：所述改性零价铁是采用权利要求1-5任一项所述的改性零价铁的制备方法制备而成的。

7.一种权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的改性零价铁的应用，其特征在于：所述改性零价铁应用于去除废水中的重金属元素。

8.如权利要求7所述的改性零价铁的应用，其特征在于：首先，将改性零价铁投加到含重金属的废水中，投加完后进行搅拌；最后，通过磁吸方式将改性零价铁从废水中分离回收。

9. 如权利要求7所述的改性零价铁的应用，其特征在于：含重金属废水的pH为3-9；改性零价铁投加入含重金属的废水中，投加量为0.025 g/L ~0.1g/L。

10. 如权利要求8所述的改性零价铁的应用，其特征在于：采用的搅拌转速为10 rpm ~400rpm；反应温度为10℃~30℃。