一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法

摘要

本发明涉及一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，属于重金属污染治理技术领域。本发明利用FeCl3•6H2O和FeSO4•7H2O制备出含Fe3O4的混合物A，利用含Fe3O4的混合物A和高岭土纳米材料制备出Fe3O4/高岭土纳米复合材料；利用Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸反应去除污酸中的砷。本发明将Fe3O4负载在高岭土纳米管表面，使得Fe3O4具有更好的分散性，从而可以吸附更多的砷离子。

权利要求

1.一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O加入到碱性水溶液中混合均匀，再经水热反应得到含Fe3O4的混合物A；其中碱性水溶液为NaOH溶液；

（2）在步骤（1）含Fe3O4的混合物A中加入高岭土纳米材料得到混合物B，将混合物B搅拌反应4 6 h；其中混合物A与高岭土纳米材料质量比为(0.8 1.2):3；

~ ~

（3）在N2气氛下，在混合物B中逐滴滴加NH3•H2O至溶液pH达到12~14；其中NH3•H2O的滴加速率为1 3滴/s；

~

（4）通过磁铁对步骤（3）反应产物进行分离得到磁性物质，磁性物质经洗涤并高温干燥

10~12 h后得到Fe3O4/高岭土纳米复合材料；

（5）将步骤（4）制备好的Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸混合，置于温度为40~50℃、搅拌条件下反应6 8 h，固液分离得到含砷固态物和滤液，含砷固态物堆存处理，滤液进行~

深度除砷处理；

其中步骤（1）FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的摩尔比为(2~3):1，FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的总质量与碱性水溶液体积的比mg:mL为(0.8 1.2):2，碱性水溶液为NaOH水溶液，NaOH水溶~

液的浓度为0.04 0.06 g/mL，水热反应的温度为60 80℃，水热反应时间为6 8 h。

~ ~ ~

2.根据权利要求1所述四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，其特征在于：步骤（5）中Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸的固液比g:mL为3:(15~20)。

3.根据权利要求2所述四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，其特征在于：污酸中砷含量为1000.0 1800.0 mg/L。

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说明书

一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种Fe3O4/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，属于重金属污染治理技术领域。

背景技术

[0002] 砷，俗称砒，是一种非金属元素，其化合物具有极强的毒性，对人体和动植物都有很强为危害。砷通过自然作用和人为作用大量存在于水资源和土壤中，这对人类和植物健
康产生了极大的威胁。四氧化三铁，化学式Fe3O4。俗称氧化铁黑、吸铁石、黑氧化铁，为具有
磁性的黑色晶体，故又称为磁性氧化铁。高岭土是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土
矿物为主的粘土和粘土岩。二者在处理含砷废水上都具有很好的效果。

[0003] 目前应用较为广泛的污酸处理方法为石灰中和沉淀法，此法虽然工艺简单、处置成本低，但其在实际应用中无害化处置不彻底，二次危废渣量大。大量难处理和难堆存的废
渣存放于环境中，不仅容易释放有毒元素污染环境，还会造成处理后的水硬度较高，难以回
收利用，且废渣的处理成本昂贵。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术存在的问题，提供一种Fe3O4/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，即将Fe3O4均匀负载在高岭土纳米管表面形成Fe3O4/高岭土纳米复合材料，复
合材料中Fe3O4中含有大量的Fe离子，Fe离子可与污酸中的As反应生成FeAsO4复合物，将溶
液中As离子络合住，从而达到除砷的效果；Fe3O4/高岭土纳米复合材料具有远高于Fe3O4的
分散性，可以吸附并催化反应更多的砷离子。

[0005] 一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，具体步骤如下：

[0006] （1）将FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O加入到碱性水溶液中混合均匀，再经水热反应得到含Fe3O4的混合物A；

[0007] （2）在步骤（1）含Fe3O4的混合物A中加入高岭土纳米材料得到混合物B，将混合物B搅拌反应4 6 h；
~

[0008] （3）在N2气氛下，在混合物B中逐滴滴加NH3•H2O至溶液pH达到12~14；

[0009] （4）通过磁铁对步骤（3）反应产物进行分离得到磁性物质，磁性物质经洗涤并高温干燥10~12 h后得到Fe3O4/高岭土纳米复合材料；

[0010] （5）将步骤（4）制备好的Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸混合，置于温度为40~50℃、搅拌条件下反应6 8 h，固液分离得到含砷固态物和滤液，含砷固态物堆存处理，滤液进
~
行深度除砷处理。

[0011] 所述步骤（1）FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的摩尔比为(2~3):1，FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的总质量与碱性水溶液体积的比mg:mL为(0.8~1.2):2；

[0012] 优选的，所述碱性水溶液为NaOH水溶液，NaOH水溶液的浓度为0.04 0.06 g/mL；~

[0013] 优选的，所述水热反应的温度为60 80℃，水热反应时间为6 8 h。~ ~

[0014] 所述步骤（2）混合物A与高岭土纳米材料质量比为(0.8 1.2):3，搅拌速率为500~ ~
700 r/min。

[0015] 所述步骤（3）NH3•H2O的滴加速率为1~3滴/s。

[0016] 所述步骤（5）中Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸的固液比g:mL为3:(15~20)，搅拌速率为400 600 r/min。
~

[0017] 所述污酸中砷含量为1000.0 1800.0 mg/L。~

[0018] 本发明的有益效果是：

[0019] （1）本发明将Fe3O4均匀负载在高岭土纳米管表面形成Fe3O4/高岭土纳米复合材料，复合材料中Fe3O4中含有大量的Fe离子，Fe离子可与污酸中的As反应生成FeAsO4复合物，
将溶液中As离子络合住，从而达到除砷的效果；

[0020] （2）本发明利用Fe3O4/高岭土纳米复合材料去除污酸中的砷，Fe3O4负载在高岭土纳米管上时获得分散性良好的复合物，复合物具有很好的磁性，可重复利用，且易于被磁铁
分离，避免二次污染，同时分散性良好的Fe3O4大大提高了吸附效率，增加了砷的吸附量。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

[0022] 实施例1：本实施例污酸来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间对冶炼烟气进行洗涤后产生的含有大量砷等杂质的污酸，主要成分如表1所示；

[0023] 表1 污酸成分

[0024]

[0025] 一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，具体步骤如下：

[0026] （1）将FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O加入到碱性水溶液（NaOH水溶液）中混合均匀，再经水热反应6 h得到含Fe3O4的混合物A；其中FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的摩尔比为2:1，FeCl3•
6H2O与FeSO4•7H2O的总质量与碱性水溶液体积的比mg:mL为1.2:2；NaOH水溶液的浓度为
0.06 g/mL；水热反应的温度为60℃；

[0027] （2）在步骤（1）含Fe3O4的混合物A中加入高岭土纳米材料得到混合物B，将混合物B搅拌反应4 h；其中混合物A与高岭土纳米材料质量比为0.8:3，搅拌速率为500r/min

[0028] （3）在N2气氛下，在混合物B中逐滴滴加NH3•H2O至溶液pH达到12；其中NH3•H2O的滴加速率为3滴/s；

[0029] （4）通过磁铁对步骤（3）反应产物进行分离得到磁性物质，磁性物质依次经乙醇和去离子水洗涤并高温干燥10h后得到Fe3O4/高岭土纳米复合材料；其中干燥温度为65℃；

[0030] （5）将步骤（4）制备好的Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸混合，置于温度为40℃、搅拌条件下反应8 h，固液分离得到含砷固态物和滤液，含砷固态物堆存处理，滤液进行深
度除砷处理；其中Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸的固液比g:mL为3:15，污酸的含砷量为
1000.0 mg/L，搅拌速率为600 r/min；

[0031] 将含砷固态物进行毒性浸出测试；

[0032] 含砷固态物的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311‑toxicity Characterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表2，

[0033] 表2 含砷固态物的毒性浸出结果

[0034]

[0035] 滤液成分见表3；

[0036] 表3 滤液成分

[0037]

[0038] 本实施例滤液中砷含量为39.1 mg/L ，砷的去除率为96.09 %。

[0039] 实施例2：本实施例污酸来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间对冶炼烟气进行洗涤后产生的含有大量砷等杂质的污酸，主要成分如表4所示；

[0040] 表4 污酸成分

[0041]

[0042] 一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，具体步骤如下：

[0043] （1）将FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O加入到碱性水溶液（NaOH水溶液）中混合均匀，再经水热反应8 h得到含Fe3O4的混合物A；其中FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的摩尔比为3:1，FeCl3•
6H2O与FeSO4•7H2O的总质量与碱性水溶液体积的比mg:mL为0.8:2；NaOH水溶液的浓度为
0.04 g/mL；水热反应的温度为80℃；

[0044] （2）在步骤（1）含Fe3O4的混合物A中加入高岭土纳米材料得到混合物B，将混合物B搅拌反应6 h；其中混合物A与高岭土纳米材料质量比为1.2:3，搅拌速率为700r/min

[0045] （3）在N2气氛下，在混合物B中逐滴滴加NH3•H2O至溶液pH达到14；其中NH3•H2O的滴加速率为1滴/s；

[0046] （4）通过磁铁对步骤（3）反应产物进行分离得到磁性物质，磁性物质依次经乙醇和去离子水洗涤并高温干燥12h后得到Fe3O4/高岭土纳米复合材料；其中干燥温度为55℃；

[0047] （5）将步骤（4）制备好的Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸混合，置于温度为50℃、搅拌条件下反应6h，固液分离得到含砷固态物和滤液，含砷固态物堆存处理，滤液进行深度
除砷处理；其中Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸的固液比g:mL为3:20，污酸的含砷量为
1200.0 mg/L，搅拌速率为400 r/min；

[0048] 将含砷固态物进行毒性浸出测试；

[0049] 含砷固态物的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311‑toxicity Characterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表5，

[0050] 表5 含砷固态物的毒性浸出结果

[0051]

[0052] 滤液成分见表6；

[0053] 表6 滤液成分

[0054]

[0055] 本实施例滤液中砷含量为24.8 mg/L ，砷的去除率为97.93%。

[0056] 实施例3：本实施例污酸来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间对冶炼烟气进行洗涤后产生的含有大量砷等杂质的污酸，主要成分如表7所示；

[0057] 表7污酸成分

[0058]

[0059] 一种四氧化三铁/高岭土纳米复合材料去除污酸中砷的方法，具体步骤如下：

[0060] （1）将FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O加入到碱性水溶液（NaOH水溶液）中混合均匀，再经水热反应7 h得到含Fe3O4的混合物A；其中FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的摩尔比为2.5:1，
FeCl3•6H2O与FeSO4•7H2O的总质量与碱性水溶液体积的比mg:mL为1:2；NaOH水溶液的浓度
为0.05 g/mL；水热反应的温度为70℃；

[0061] （2）在步骤（1）含Fe3O4的混合物A中加入高岭土纳米材料得到混合物B，将混合物B搅拌反应5 h；其中混合物A与高岭土纳米材料质量比为1:3，搅拌速率为600r/min

[0062] （3）在N2气氛下，在混合物B中逐滴滴加NH3•H2O至溶液pH达到13；其中NH3•H2O的滴加速率为2滴/s；

[0063] （4）通过磁铁对步骤（3）反应产物进行分离得到磁性物质，磁性物质依次经乙醇和去离子水洗涤并高温干燥11h后得到Fe3O4/高岭土纳米复合材料；其中干燥温度为60℃；

[0064] （5）将步骤（4）制备好的Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸混合，置于温度为45℃、搅拌条件下反应7h，固液分离得到含砷固态物和滤液，含砷固态物堆存处理，滤液进行深度
除砷处理；其中Fe3O4/高岭土纳米复合材料与污酸的固液比g:mL为3:17，污酸的含砷量为
1800.0 mg/L，搅拌速率为500 r/min；

[0065] 将含砷固态物进行毒性浸出测试；

[0066] 含砷固态物的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311‑toxicity Characterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表8，

[0067] 表8 含砷固态物的毒性浸出结果

[0068]

[0069] 滤液成分见表9；

[0070] 表9 滤液成分

[0071]

[0072] 本实施例滤液中砷含量为77.6 mg/L ，砷的去除率为95.69 %。