【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水處理，具體涉及一種調控納米零價鐵殼層結構以增強其反應活性的方法。
技術介紹
1、納米零價鐵(nzvi)具有高吸附性能、強還原能力以及高反應活性等優點，常被用于還原降解和吸附固定有機、無機污染物，已成為一種極具應用前景的環境污染處理材料。目前，實驗室制備納米零價鐵最常用的方法是液相還原法，其具有合成路線簡單、反應條件溫和、設備易實現等顯著優勢，且制備的納米零價鐵純度高、粒徑分布均勻的優點。然而，液相還原法由于使用價格昂貴的化學還原試劑或利用高能耗的電化學反應，導致制備成本較高。此外，眾多研究者還開發了深度塑性變形法、物理氣相沉積法、冷凍干燥法、蒸發冷凝法、碳熱還原法以及熱分解法等制備方法，但以上方法大多需要特殊設備且能耗大，不適合納米零價鐵的宏量生產制備。同時，以上方法生產的“裸”零價鐵顆粒表面均易被氧化生成鐵氧化物鈍化層，極大限制了其在環境修復領域中的廣泛應用。
2、為了克服以上缺陷，常采用表面修飾(大分子聚合物)或添加負載材料(如膨潤土、高嶺石)來分散納米零價鐵顆粒，以提高納米零價鐵顆粒的分散性和穩定性，進而提高污染物去除率。但是以上方法無法有效解決nzvi因表面殼層鈍化而活性降低的問題，且在nzvi制備過程中使用的有機試劑會對環境產生二次污染。
3、機械球磨法是一種通過劇烈的壓縮、剪切和沖擊作用觸發表面化學相互作用，從而在不同原料之間產生緊密的界面鍵合連接的改性方法。球磨過程中，機械力雖能夠打破nzvi的fe-o鍵，進而破壞其表面的氧化物鈍化層，暴露出新鮮的金屬表面，進一步提高其反應活
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種碳摻雜納米零價鐵及其制備方法與應用，從而克服現有技術的不足，采用機械球磨法制備了碳摻雜納米零價鐵，通過改變了nzvi的殼層結構，提高了納米零價鐵的還原性和電子傳遞效率，從而達到對有機污染物的高效去除。
2、為了實現上述目的，本專利技術的技術方案為：
3、第一方面，本專利技術提供一種碳摻雜納米零價鐵，所述碳摻雜納米零價鐵具有核殼結構；所述碳摻雜納米零價鐵包括納米零價鐵核心和碳化鐵殼層，所述納米零價鐵核心為具有碳活性位點摻雜的納米零價鐵；
4、所述碳化鐵殼層具有fe-c雙活性位點；所述fe-c雙活性位點由碳元素摻雜到鐵晶格中形成。
5、在一些其他實施方式中，碳為活性炭，所述活性炭的粒度為20-50目；
6、零價鐵的粒度為400目，純度在99.9％以上；所述零價鐵可通過商業購買或通過現有的方法合成。相較于納米零價鐵，活性炭顆粒更“脆”，在球磨的長時間作用下形成的顆粒更小。由于機械力的作用會使活性炭與納米零價鐵之間的化學鍵合.
7、本專利技術采取的整體專利技術構思為：
8、為了解決納米零價鐵(nzvi)易氧化產生氧化殼層導致反應活性降低的問題，以固-固球磨技術作為突破方向，利用磨球與物料(fe和c)顆粒之間發生的碰撞，通過摩擦力、剪切力和張力等實現研磨物料顆粒的形變和破碎，打破納米零價鐵的氧化殼層，使fe0暴露在材料表面，進而與活性碳進一步摻雜形成碳化鐵殼層構建fe-c雙活性位點，提高材料反應活性。與nzvi相比，球磨后的鐵碳復合納米材料在fe-c雙活性位點的作用下，可以有效提高nzvi的還原性、ph作用范圍和電子傳遞能力，同時nzvi受到機械力的作用后其晶格間距變大，材料性質發生改變，使零價鐵的表面晶格、官能團等性質發生改變。
9、第二方面，本專利技術提供第一方面所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，包括以下步驟：
10、以零價鐵和活性炭為原料，惰性氣氛下，通過正反轉交替運行的球磨方式對原料進行球磨處理，制得碳摻雜納米零價鐵，經洗滌、凍干、儲存備用。
11、在一些其他實施方式中，所述零價鐵和活性炭的質量比為(10-7)：(0-3)；所述惰性氣氛為氮氣或氬氣
12、優選的，所述零價鐵和活性炭的質量比為9：1。
13、在一些其他實施方式中，所述球磨處理為：原料與球磨珠的質量比為1:3-1:5，球磨轉速為200-500rpm，球磨時間為2-30h，正反轉交替運行時間為0.5-1h。
14、在一些其他實施方式中，球磨處理結束后、洗滌前，還包括靜置，所述處靜置的時間為2-12h；
15、所述洗滌用是溶劑為乙醇或丙酮；
16、所述凍干的溫度為-20～-40℃，時間為10-15h；
17、所述儲存的條件為真空或惰性氣氛下。
18、第三方面，本專利技術提供第一方面所述的碳摻雜納米零價鐵在降解廢水污染物中的應用，所述污染物為抗生素，優選的，所述抗生素為磺胺甲惡唑。
19、第四方面，本專利技術提供一種降解磺胺甲惡唑的方法，將過氧單硫酸鹽和第一方面所述的碳摻雜納米零價鐵加入含磺胺甲惡唑的廢水中進行降解反應。
20、在一些其他實施方式中，所述過氧單硫酸鹽為過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸氫鉀和過硫酸鈉中的一種；
21、廢水中，所述磺胺甲惡唑的濃度為10-50mg/l；所述過氧單硫酸鹽的濃度為10-50mg/l；所述碳摻雜納米零價鐵的濃度為0.1-1.0g/l。
22、在一些其他實施方式中，所述降解反應的溫度為室溫，時間為10-360min。
23、本專利技術的有益效果：
24、(1)本專利技術采用球磨機裝置構建鐵/碳復合體系制備碳摻雜納米零價鐵復合材料，所用原材料廉價易得，制備工藝簡便，對外界環境條件無特殊要求，無二次污染。
25、(2)本專利技術制得的碳摻雜納米零價鐵材料，兼具碳材料本身優異的電子傳輸能力和nzvi自身的強還原性能，可以有效提高納米鐵顆粒的還原性能，長期穩定的保持較高的電子傳遞效率。
26、(3)本專利技術制備的碳摻雜納米零價鐵材料，在空氣環境中老化一個月后依然可以保持較高的還原性能，通過其特有的fe-c雙活性位點可以實現高效還原和催化氧化降解鹵代污染物的目的。
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1.一種碳摻雜納米零價鐵，其特征在于，所述碳摻雜納米零價鐵具有核殼結構；所述碳摻雜納米零價鐵包括納米零價鐵核心和碳化鐵殼層，所述納米零價鐵核心為具有碳活性位點摻雜的納米零價鐵；
2.根據權利要求1所述的碳摻雜納米零價鐵，其特征在于，碳為活性炭，所述活性炭的粒度為20-50目；
3.一種權利要求1或2所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，其特征在于，
5.根據權利要求3所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，其特征在于，
6.根據權利要求3所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，其特征在于，
7.一種權利要求1或2所述的碳摻雜納米零價鐵在降解廢水污染物中的應用，所述污染物為抗生素，優選的，所述抗生素為磺胺甲惡唑。
8.一種降解磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，將過氧單硫酸鹽和權利要求1或2所述的碳摻雜納米零價鐵加入含磺胺甲惡唑的廢水中進行降解反應。
9.根據權利要求8所述的降解磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，所述過氧單硫酸鹽為過硫
10.根據權利要求8所述的降解磺胺甲惡唑的方法，其特征在于，所述降解反應的溫度為室溫，時間為10-360min。
...【技術特征摘要】
1.一種碳摻雜納米零價鐵，其特征在于，所述碳摻雜納米零價鐵具有核殼結構；所述碳摻雜納米零價鐵包括納米零價鐵核心和碳化鐵殼層，所述納米零價鐵核心為具有碳活性位點摻雜的納米零價鐵；
2.根據權利要求1所述的碳摻雜納米零價鐵，其特征在于，碳為活性炭，所述活性炭的粒度為20-50目；
3.一種權利要求1或2所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，其特征在于，
5.根據權利要求3所述的碳摻雜納米零價鐵的制備方法，其特征在于，
6.根據權利要求3所述的碳摻雜...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王艷龍，張夢成，劉華清，盧建江，張陽，尚亞男，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：
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