專利名稱：用于處理有機廢水的納米鐵碳微電解材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護中污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于處理難降解有機廢水的鐵碳 材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在難降解工業(yè)廢水的處理方法中，鐵碳微電解方法已在實際中應(yīng)用，其原理是將鐵 屑和碳顆粒浸沒在偏酸性廢水中，由于鐵-碳顆粒之間存在的電位差，廢水中會形成無數(shù)個 微原電池。其中電位低的鐵成為陽極，電位高的碳成為陰極，在酸性充氧條件下發(fā)生電化 學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下
陽極(Fe): Fe-2e—Fe2+
陰極(C): 2lT+2e—2[H]—H2
從上述反應(yīng)過程可看出，產(chǎn)生的初生態(tài)的F^+和原子H具有高化學(xué)活性，能改變廢水 中有機物的結(jié)構(gòu)和特性，使有機物發(fā)生斷鏈和開環(huán)等作用。經(jīng)微電解后， 一些難降解的大 分子開環(huán)或斷裂后使其變得易于生物降解，使生化需氧量和化學(xué)需氧量升高。
目前，鐵碳微電解方法大都采用固定式的鐵碳床工藝，其缺陷是在處理酸性的有機
廢水時，剛開始的效果非常好，但運行兩個月后，由于鐵泥堵塞和碳吸附飽和引起鐵碳床
的板結(jié)，使處理效果急劇下降。解決鐵碳床的板結(jié)問題常用的方法是有兩種 一是采用反 沖洗方法，雖可減緩鐵泥堵塞，但處理效果仍然不好，并且需要更換填料，工作量很大。 二是采用流化床代替固定床的微電解方法，但一旦打破固定床，鐵-碳兩種顆粒物接觸減弱， 微電池回路變差，鐵氧化失去的電子難以流向碳，致使H離子在鐵顆粒得電子，產(chǎn)生的H2
包著鐵顆粒，使其難于繼續(xù)氧化溶解，而沒有鐵的溶解，用微電解預(yù)處理廢水就無法實現(xiàn)。
納米技術(shù)是當(dāng)今世界研究的熱門技術(shù)之一，納米材料(至少有一維尺寸Sl00nm)具 有極大的比表面積，特殊結(jié)構(gòu)決定了它特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)。膨潤土是一種以蒙脫石為 主要礦物的粘土巖。蒙脫石的結(jié)構(gòu)特征為一種含水的層狀鋁硅酸鹽礦物，由兩個硅氧四面 體中間夾一個鋁(鎂)氧(氫氧)八面體組成，屬于2:1型的三層粘土礦物。晶層間的距 離為0.96 2.14nm，這些納米片層層疊在一起，形成幾百納米到幾微米的粘土顆粒，在膨 潤土層間有可以交換的陽離子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于處理有機廢水的納米鐵碳微電解材料的制備方法，能有效解決鐵碳微電解技術(shù)容易板結(jié)，處理效率下降的問題。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用如下步驟
1) 將1 L濃度為0.6 0.8mol/LFeCl3溶液在60 65'C水浴中攪拌，同時向其中滴加一定 濃度的Na2C03溶液，使得OH:Fe= 1.0，滴加完成后在60~65°C的相同條件下繼續(xù)攪拌2~2.5 h，然后老化24h，得到羥基鐵柱撐液；
2) 在60 65T:下同時向含有10 g膨潤土的懸濁液中滴加含l~5g陽離子表面活性劑的 溶液和60 80mL羥基鐵柱撐液，滴加過程中連續(xù)攪拌，滴加完畢后于60 65'C相同條件下 攪拌2.0h，在6(TC恒溫下老化24h，離心分離，將得到的固體物用去離子水洗滌4-5次；
3) 將洗滌后的固體物置于管式爐中通N2保護，在600 800'C下碳化4 6h，再持續(xù)通 N2冷卻至室溫，將固體物碾磨成50 80目的粉末；
4) 取該粉末狀的固體物2 4g放入瓶中，加入50ml去離子水，通入N2保護后攪拌， 再將25~40 ml濃度為O.5mol/L的KBH4溶液加入到攪拌的上述溶液中，持續(xù)攪拌30 40min;
5) 離心分離，用去離子水清洗，在N2保護下60 7(TC恒溫干燥5 6h，即得到用于有 機廢水處理的納米鐵碳微電解材料。
本發(fā)明利用在膨潤土層間可以交換陽離子的特性，將鐵離子和含碳離子交換到膨潤土 層間，再經(jīng)過碳化和還原，即得到具有納米結(jié)構(gòu)的鐵碳原電池。將納米技術(shù)和鐵碳微電解 技術(shù)相結(jié)合， 一方面可以增加鐵碳活化表面積，在廢水處理中形成無數(shù)個原電池；另一方 面可以發(fā)揮納米級鐵碳的納米效應(yīng)，其有益效果是
1. 有效解決了鐵碳微電解在流化床中鐵與碳分開而造成電子回路斷路的問題，將鐵與 碳固定在膨潤土層間，鐵與碳之間不會因為流化作用而被分開而導(dǎo)致電子流動受阻。
2. 充分利用了膨潤土的納米片層結(jié)構(gòu)合成了具有納米尺度的鐵與碳，并充分利用了膨 潤土層結(jié)構(gòu)作為納米反應(yīng)器的限域效應(yīng)，阻止了納米鐵與碳之間發(fā)生團聚作用，有效保證 鐵與碳在微電解過程中納米效應(yīng)的發(fā)揮。
3. 解決了鐵碳微電解工藝應(yīng)用中填料板結(jié)的問題，提高了對難降解有機廢水的處理效率。
4. 由于有單質(zhì)鐵的存在，因此可利用磁場對鐵碳粉末進行分離，具有非常好的分離性 能和較強的實用價值，可以在廢水處理領(lǐng)域中推廣使用。
具體實施例方式
本發(fā)明首先將1 L濃度為0.6~0.8mol/LFeC13溶液在60~65°。水浴中劇烈攪拌，同時向 其中滴加一定濃度的Na2C03溶液，使得OH:Fe二l.O,滴加完成后，在60 65。C相同的條件
4下繼續(xù)攪拌2 2.5h，然后老化24h，得到羥基鐵柱撐液；在60 65'C下，同時向含有10g膨 潤土的懸濁液中滴加含l~5g的十二 十八烷基季銨鹽陽離子表面活性劑的溶液和60~80 mL羥基鐵柱撐液，滴加過程中連續(xù)攪拌，滴加完畢后，繼續(xù)于60-65'C下攪拌2.0h，在60 'C恒溫槽中下老化24h，離心分離，將得到的固體物用去離子水洗滌4-5次；將洗滌后所得 固體物置于管式爐中通N2保護，在600 80(TC下，碳化4 6h，再持續(xù)通N2冷卻至室溫， 將所得固體物碾磨成50 80目的粉末；取該粉末狀的固體物2 4g，放入三口燒瓶中，加入 50ml去離子水，在三口燒瓶中通入N2，劇烈攪拌，再將25 40ml濃度為0.5mol/L的KBH4 溶液緩慢地加入到劇烈攪拌的上述溶液中，持續(xù)攪拌30 40min;離心分離，用去離子水清 洗三遍，在氮氣保護下60 7(TC恒溫干燥5~6h,即得到用于有機廢水處理的納米鐵碳微電 解材料。
下面通過4個實施例進一步說明本發(fā)明。 實施例l
首先將1 L濃度為0.6mol/LFeCb溶液在6(TC水浴中劇烈攪拌，同時向其中滴加一定濃 度的Na2C03溶液，使得OH:Fe二l.O，滴加完成后，在6(TC的相同條件下繼續(xù)攪拌2 h，老 化24h，得到羥基鐵柱撐液；在6(TC下，同時向含有10g膨潤土的懸濁液中滴加含2g十 二烷基三甲基溴化銨的溶液和60mL羥基鐵柱撐液，滴加過程中連續(xù)攪拌，滴加完畢后， 繼續(xù)于6(TC下攪拌2.0h，在6(TC恒溫槽中下老化24h，離心分離，將得到的固體物用去離 子水洗滌4次；將洗滌后所得固體物置于管式爐中，通N2保護，在600'C下，碳化4h，再 持續(xù)通N2冷卻至室溫，將所得固體物碾磨成50目的粉末；取該粉末狀的固體物4g，放入 三口燒瓶中，加入50ml去離子水，在三口燒瓶中通入N2，劇烈攪拌，再將25ml濃度為0.5 mol/L的KBH4溶液緩慢地加入到劇烈攪拌的上述溶液中，持續(xù)攪拌30min;離心分離，用 去離子水清洗三遍，在氮氣保護下恒溫60'C干燥5h,得到用于有機廢水處理的納米鐵碳微 電解材料。
將所得納米鐵碳微電解材料加入50mL濃度為40mg/L的亞甲基藍溶液中，在pH為5 時，在攪拌下經(jīng)過3h，沉淀分離，測定亞甲基藍的濃度，去除率為92%。 實施例2
首先將1 L濃度為0.7mol/LFeCl3溶液在65'C水浴中劇烈攪拌，同時向其中滴加一定濃 度的Na2C03溶液，使得OH:Fe二l.O，滴加完成后，在65'C的相同條件下繼續(xù)攪拌2h，然 后老化24h，得到羥基鐵柱撐液；在60'C下，同時向含有10g膨潤土的懸濁液中滴加含4g 十六垸基三甲基溴化銨的溶液和60mL羥基鐵柱撐液，滴加過程中連續(xù)攪拌，滴加完畢后，繼續(xù)于65'C下攪拌2.0h,在60'C恒溫槽中下老化24h，離心分離，將得到的固體物用去離 子水洗滌5次；將洗滌后所得固體物置于管式爐中，通N2保護，在700'C下，碳化6h，再 持續(xù)通N2冷卻至室溫，將所得固體物碾磨成80目的粉末；取該粉末狀的固體物2g，放入 三口燒瓶中，加入50ml去離子水，在三口燒瓶中通入N2，劇烈攪拌，再將25ml濃度為0.5 mol/L的KBH4溶液緩慢地加入到劇烈攪拌的上述溶液中，持續(xù)攪拌40min;離心分離，用 去離子水清洗三遍，在氮氣保護下60'C恒溫干燥6h，得到用于有機廢水處理的納米鐵碳微 電解材料。
將所得納米鐵碳微電解材料加入50mL濃度為30mg/L的染料金橙II溶液中，在pH為 5時，在攪拌下經(jīng)過3h,沉淀分離，測定亞甲基藍的濃度，去除率為85%。 實施例3
將l L濃度為0.8mol/LFeCl3溶液在65'C水浴中劇烈攪拌，同時向其中滴加一定濃度 的Na2C03溶液，使得OH:Fe二l.O，滴加完成后，在65t:的相同條件下繼續(xù)攪拌2.5h，然 后老化24h，得到羥基鐵柱撐液；在65'C下，同時向含有10g膨潤土的懸濁液中滴加含5g 十八烷基三甲基溴化銨的溶液和80mL羥基鐵柱撐液，滴加過程中連續(xù)攪拌，滴加完畢后， 繼續(xù)于65'C下攪拌2.0h，在60'C恒溫槽中下老化24h,離心分離，將得到的固體物用去離 子水洗滌4次；將洗漆所得固體物置于管式爐中，通N2保護，在80(TC下，碳化6h，再持 續(xù)通N2冷卻至室溫，將所得固體物碾磨成80目的粉末；取該粉末狀的固體物3g，放入三 口燒瓶中，加入50tnl去離子水，在三口燒瓶中通入N2,劇烈攪拌，再將40ml濃度為0.5mol/L 的KBH4溶液緩慢地加入到劇烈攪拌的上述溶液中，持續(xù)攪拌40min;離心分離，用去離子 水清洗三遍，在氮氣保護下70'C恒溫干燥6h，得到用于有機廢水處理的納米鐵碳微電解材 料。
將所得納米鐵碳微電解材料加入50mL濃度為40mg/L的亞甲基藍溶液中，在pH為5 時，在攪拌下經(jīng)過3h，沉淀分離，測定亞甲基藍的濃度，去除率為98%。 實施例4
將1 L濃度為0.7mol/LFeCl3溶液在65'C水浴中劇烈攪拌，同時向其中滴加一定濃度的 Na2C03溶液，使得OH:Fe二l.O，滴加完成后，在65'C的相同條件下繼續(xù)攪拌2.5h，然后 老化24h，得到羥基鐵柱撐液；在65'C下，同時向含有10g膨潤土的懸濁液中滴加含5g十 四垸基三甲基溴化銨的溶液和80mL羥基鐵柱撐液，滴加過程中連續(xù)攪拌，滴加完畢后， 繼續(xù)于65'C下攪拌2.0h，在6(TC恒溫槽中下老化24h,離心分離，將得到的固體物用去離 子水洗滌4-5次；將洗滌后所得固體物置于管式爐中，通N2保護，在80(TC下，碳化6h，再持續(xù)通N2冷卻至室溫，將所得固體物碾磨成80目的粉末；取該粉末狀的產(chǎn)物3g，放入 三口燒瓶中，加入50ml去離子水，在三口燒瓶中通入N2，劇烈攪拌，再將40ml濃度為0.5 mol/L的KBH4溶液緩慢地加入到劇烈攪拌的上述溶液中，持續(xù)攪拌30min;離心分離，用 去離子水清洗三遍，在氮氣保護下70'C恒溫干燥6h，即得到用于有機廢水處理的納米鐵碳 微電解材料。
將所得納米鐵碳微電解材料加入50mL濃度為30mg/L的染料金橙II溶液中，在pH為 5時，在攪拌下經(jīng)過3h，沉淀分離，測定亞甲基藍的濃度，去除率為92%。
權(quán)利要求
1、一種用于處理有機廢水的納米鐵碳微電解材料的制備方法，其特征是采用如下步驟1)將1L濃度為0.6～0.8mol/LFeCl3溶液在60～65℃水浴中攪拌，同時向其中滴加一定濃度的Na2CO3溶液，使得OH∶Fe＝1.0，滴加完成后在60～65℃的相同條件下繼續(xù)攪拌2～2.5h，然后老化24h，得到羥基鐵柱撐液；2)在60～65℃下同時向含有10g膨潤土的懸濁液中滴加含1～5g陽離子表面活性劑的溶液和60～80mL羥基鐵柱撐液，滴加過程中連續(xù)攪拌，滴加完畢后于60～65℃相同條件下攪拌2.0h，在60℃恒溫下老化24h，離心分離，將得到的固體物用去離子水洗滌4-5次；3)將洗滌后的固體物置于管式爐中通N2保護，在600～800℃下碳化4～6h，再持續(xù)通N2冷卻至室溫，將固體物碾磨成50～80目的粉末；4)取該粉末狀的固體物2～4g放入瓶中，加入50ml去離子水，通入N2保護后攪拌，再將25～40ml濃度為0.5mol/L的KBH4溶液加入到攪拌的上述溶液中，持續(xù)攪拌30～40min；5)離心分離，用去離子水清洗，在N2保護下60～70℃恒溫干燥5～6h，即得到用于有機廢水處理的納米鐵碳微電解材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于處理有機廢水的納米鐵碳微電解材料的制備方法，其特 征是所述陽離子表面活性劑為十二 十八烷基季銨鹽陽離子表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于處理有機廢水的納米鐵碳微電解材料的制備方法，在FeCl₃溶液中滴加Na₂CO₃溶液得到羥基鐵柱撐液；在60～65℃下同時向含有膨潤土的懸濁液中滴加含陽離子表面活性劑的溶液和羥基鐵柱撐液，在60℃恒溫下老化24h，離心分離，用去離子水洗滌；將洗滌后的固體物通N₂保護，在600～800℃下碳化4～6h，碾磨成50～80目的粉末；取該粉末加入去離子水，通入N₂保護后攪拌，將KBH₄溶液加入到攪拌的溶液中，在N₂保護下60～70℃恒溫干燥5～6h即可；本發(fā)明將鐵與碳固定在膨潤土層間，阻止了納米鐵與碳間發(fā)生團聚作用，有效保證鐵與碳在微電解過程中納米效應(yīng)的發(fā)揮，解決了鐵碳微電解工藝應(yīng)用中填料板結(jié)問題，提高了對難降解有機廢水的處理效率。
文檔編號B82B3/00GK101613081SQ20091018153
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者李定龍, 馬建鋒 申請人:江蘇工業(yè)學(xué)院