CN115636497B - 一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,具体步骤为:将膨润土提纯后进行辐照处理并研磨得辐照改性膨润土;将辐照改性膨润土和FeSO4混合均匀后加入还原剂,离心、干燥、研磨得辐照改性膨润土负载纳米零价铁材料;将辐照改性膨润土负载纳米零价铁材料与过硫酸钾混合,得到过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI。本发明通过电子束辐照改性膨润土片状紧密分布结构,打开片状结构,使内部呈现出多孔结构,提高其孔道丰富度,使其包覆nZVI时不会快速氧化,大幅度提高其负载nZVI在活化过硫酸盐时的稳定性和效率。
Description
技术领域
本发明属于化工废水处理领域,主要涉及一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法。
背景技术
过硫酸盐作为一种强氧化剂,在自然光、超声、微波、过渡金属、碱等作用下能产生硫酸根自由基,将水体中的有机污染物分解成小分子物质,甚至矿化为CO2,H2O及相应的无机离子。铁作为一种环境友好、价格低廉、高效的催化剂,广泛应用于过硫酸盐的活化。这种方法与芬顿试剂类似,主要通过溶液中的亚铁离子活化过硫酸盐产生硫酸根自由基。其中纳米零价铁( Nanoscale Zero-Valent Iron,nZVI)因其还原能力较强( E0=-0. 44V)、粒径小、比表面积大等特性,对重金属及含卤有机污染物等具有良好的吸附特性和反应活性,在环境修复方面表现出较好的应用前景。
因此,一种有效的过硫酸盐活化nZVI的制备方法能够降低处理污水中有机污染物的成本和能耗。但是纳米零价铁因其反应活性强,极易在空气中形成氧化膜,从而影响其吸附性能和反应活性,所以,如何在保证纳米零价铁不被氧化的同时尽可能地提升其反应活性是目前正在探讨解决的问题。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,利用无污染的电子束辐照改性膨润土片状紧密分布结构,打开片状结构,使内部呈现出多孔结构,提高其孔道丰富度,改变其分散性能相关的zeta电位、粒径,使其包覆nZVI时不会快速氧化,大幅度提高其负载nZVI在活化过硫酸盐时的稳定性和效率。
技术方案:本发明提供了一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将膨润土提纯烘干后进行辐照处理后研磨成粉末得辐照改性膨润土;
步骤二、将硫酸亚铁溶解得硫酸亚铁溶液,将所述硫酸亚铁溶液与所述辐照改性膨润土混合,第一次搅拌;在所述第一次搅拌的混合物中加入还原剂,第二次搅拌;将所述第二次搅拌的混合物离心后,取沉淀烘干研磨得辐照改性膨润土/nZVI复合材料;
步骤三、将辐照改性膨润土/nZVI复合材料和过硫酸钾混合,得到过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI。
进一步地,步骤一中,所述辐照处理在电子束辐照传送带上进行;所述辐照采用高能电子束辐照,辐照能量10 MeV,辐照剂量:10 -30 KGy。
进一步地,步骤二中,所述硫酸亚铁溶解在无氧环境下进行。
进一步地,步骤二中,所述硫酸亚铁溶液与所述辐照改性膨润土混合在避光条件下进行。
进一步地,步骤二中,所述硫酸亚铁溶液与所述辐照改性膨润土铁土质量比为1-3:1。
进一步地,步骤二中,所述还原剂为桉树叶提取液,所述桉树叶提取液浓度为60-70g/L。
进一步地,步骤二中,所述干燥处理在干燥真空箱内的真空环境中进行。
进一步地,步骤三中,所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵
进一步地,步骤三中,所述辐照改性膨润土/nZVI复合材料和过硫酸盐质量比为1:2-4。
有益效果:本发明利用无污染的电子束辐照改性膨润土片状紧密分布结构,使膨润土片状结构被打开,内部呈现出多孔结构,提高其孔道丰富度,改变其分散性能相关的zeta电位、粒径,使其包覆nZVI时不会快速氧化,大幅度提高了吸附能力,从而提高其与nZVI复合后的降解效率,同时增加纳米零价铁在使用时的稳定性并保证其效率。本发明无二次污染,方法简便,利于规模化生产应用,在污水处理中,具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为实施例3辐照前后膨润土负载nZVI活化过硫酸盐与过硫酸盐对亚甲基蓝的吸附效果图;
图2为实施例3膨润土的SEM图,其中,a为辐照前膨润土,b为高能电子束辐照改性膨润土;
图3为实施例3辐照后膨润土/nZVI的SEM图,其中,a、b为不同放大倍数下的膨润土/nZVI。
图4为实施例3辐照前膨润土/nZVI的SEM图,其中,a、b为不同放大倍数下的膨润土/nZVI。
具体实施方式
为使本领域技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果,以下结合附图及具体实施例进一步说明,此处实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
(1) 将50g膨润土溶于去离子水,提纯后置于10 cm直径培养皿,80℃烘干2小时。将烘干后样品置于高能电子束辐照传送带,进行辐照处理,高能电子束辐照能量10 MeV,辐照剂量:10 KGy。辐照后将样品研磨,即得辐照改性和膨润土;
(2)将上述步骤(1)所得辐照改性膨润土与硫酸亚铁按如下方法制备:将2.78g硫酸亚铁溶入25mL去离子水,装置通氮气15min,混合均匀后加入0.5g膨润土置于棕色瓶中,在磁力搅拌器上搅拌8min,后加入还原剂30mL继续搅拌10min,得到混合溶液用高速离心机10000r/min离心10min,倒掉上层清液取底层沉淀于60℃真空干燥箱内烘干12h,取出研磨后得到膨润土/nZVI复合材料,需密封保存;
(3)将步骤二制备好的膨润土/nZVI与过硫酸钾按质量比1:3混合,得到过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI复合材料。将过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI复合材料置于100mL质量浓度为50mg/L亚甲基蓝溶液中,测试其对亚甲基蓝的降解效果。
实施例2
(1) 将50g膨润土溶于去离子水,提纯后置于10 cm直径培养皿,80℃烘干2小时。将烘干后样品置于高能电子束辐照传送带,进行辐照处理,高能电子束辐照能量10 MeV,辐照剂量:20 KGy。辐照后将样品研磨,即得辐照改性和膨润土;
(2)将上述步骤(1)所得辐照改性膨润土与硫酸亚铁按如下方法制备:将2.78g硫酸亚铁溶入25mL去离子水,装置通氮气15min,混合均匀后加入0.5g膨润土置于棕色瓶中,在磁力搅拌器上搅拌8min,后加入还原剂30mL继续搅拌10min,得到混合溶液用高速离心机10000r/min离心10min,倒掉上层清液取底层沉淀于60℃真空干燥箱内烘干12h,取出研磨后得到膨润土/nZVI复合材料,需密封保存;
(3) 将步骤二制备好的膨润土/nZVI与过硫酸钾按质量比1:3混合置于100mL质量浓度为50mg/L亚甲基蓝溶液中,得到过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI复合材料。将过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI复合材料置于100mL质量浓度为50mg/L亚甲基蓝溶液中,测试其对亚甲基蓝的降解效果。
实施例3
(1) 将50g膨润土溶于去离子水,提纯后置于10 cm直径培养皿,80℃烘干2小时。将烘干后样品置于高能电子束辐照传送带,进行辐照处理,高能电子束辐照能量10 MeV,辐照剂量:30 KGy。辐照后将样品研磨,即得辐照改性和膨润土;
(2)将上述步骤(1)所得辐照改性膨润土与硫酸亚铁按如下方法制备:将2.78g硫酸亚铁溶入25mL去离子水,装置通氮气15min,混合均匀后加入0.5g膨润土置于棕色瓶中,在磁力搅拌器上搅拌8min,后加入还原剂30mL继续搅拌10min,得到混合溶液用高速离心机10000r/min离心10min,倒掉上层清液取底层沉淀于60℃真空干燥箱内烘干12h,取出研磨后得到膨润土/nZVI复合材料,需密封保存;
(3) 将步骤二制备好的膨润土/nZVI与过硫酸钾按质量比1:3混合置于100mL质量浓度为50mg/L亚甲基蓝溶液中,得到过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI复合材料。将过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI复合材料置于100mL质量浓度为50mg/L亚甲基蓝溶液中,测试其对亚甲基蓝的降解效果。
图1为实施例3辐照改性前后膨润土/nZVI活化过硫酸盐与过硫酸盐对亚甲基蓝的吸附效果图;可见单纯过硫酸盐具有一定的降解能力,但纳米铁的加入可以极大地增加过硫酸盐的效率,具有较强的活化作用。而且,辐照后的膨润土/nZVI材料较原土负载的纳米铁进一步提升了效率。
图2为实施例3膨润土的SEM图,其中,a为辐照前膨润土,b为高能电子束辐照改性膨润土;其中,图(a)膨润土原土,呈紧密块状结构,图(b)为辐照后膨润土,可见块状结构被打散,露出更多的孔道结构。
图3为实施例3辐照后膨润土/nZVI的SEM图,其中,a、b为不同放大倍数下的膨润土/nZVI。
图4为实施例3辐照前膨润土/nZVI的SEM图,其中,a、b为不同放大倍数下的膨润土/nZVI。
经对比,实施例3的辐照剂量为30KGy,对膨润土改性效果最好,吸附亚甲基蓝效果最佳,实施例2/3辐照剂量为10/20 KGy,其改性效果略低于实施例1,未提供图示。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,本说明书中所公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换;所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以任何方式组合。
Claims (9)
1.一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、将膨润土提纯烘干后进行辐照处理后研磨成粉末得辐照改性膨润土;所述辐照采用高能电子束辐照,辐照能量10 MeV,辐照剂量:10-30 KGy;
步骤二、将硫酸亚铁溶解得硫酸亚铁溶液,将所述硫酸亚铁溶液与所述辐照改性膨润土混合,第一次搅拌;在所述第一次搅拌的混合物中加入还原剂,第二次搅拌;将所述第二次搅拌的混合物离心后,取沉淀烘干研磨得辐照改性膨润土/nZVI复合材料;
步骤三、将辐照改性膨润土/nZVI复合材料和过硫酸盐混合,得到过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI。
2.根据权利要求1所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,步骤一中,所述辐照处理在电子束辐照传送带上进行。
3.根据权利要求1所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述硫酸亚铁溶解在无氧环境下进行。
4.根据权利要求1或3所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述硫酸亚铁溶液与所述辐照改性膨润土混合在避光条件下进行。
5.根据权利要求1所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述硫酸亚铁溶液的铁与所述辐照改性膨润土质量比为1-3:1。
6.根据权利要求1所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述还原剂为桉树叶提取液,所述桉树叶提取液浓度为60-70g/L。
7.根据权利要求1所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述烘干处理在干燥真空箱内的真空环境中进行。
8.根据权利要求1所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,步骤三中,步骤三中,所述辐照改性膨润土/nZVI复合材料和过硫酸盐质量比为1:2-4。
9.根据权利要求1或8所述的一种用过硫酸盐活化辐照改性膨润土负载nZVI的制备方法,其特征在于,所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
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