一種判定鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種判定鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易方法，具體步驟：選擇基準(zhǔn)鐵材料；采用并配置重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液；15-25℃，pH3-7，反應(yīng)時(shí)間2-10小時(shí)，六價(jià)鉻濃度50-1000mg/L，鐵材料投加0.1-500g/L，向標(biāo)準(zhǔn)溶液中投加成質(zhì)量梯度的基準(zhǔn)鐵材料；繪制基準(zhǔn)鐵材料與重鉻酸鉀反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線及標(biāo)準(zhǔn)曲線方程；15-25℃，pH3-7，反應(yīng)時(shí)間2-10小時(shí)，六價(jià)鉻濃度50-1000mg/L，鐵材料投加0.1-500g/L，向配置的標(biāo)準(zhǔn)溶液中投加一定質(zhì)量待測(cè)鐵材料并充分反應(yīng)，測(cè)量待測(cè)鐵材料鉻去除量；建立統(tǒng)一判定鐵材料反應(yīng)活性的方法，定量判定待測(cè)鐵材料反應(yīng)活性。本發(fā)明主要應(yīng)用于廢水處理過程中鐵材料的比選，具有條件簡(jiǎn)單、操作方便、結(jié)果可靠、經(jīng)濟(jì)安全等優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】一種判定鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易判別方法，屬?gòu)U水處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵元素廣泛存在于自然界中，價(jià)廉易得，利用鐵的不同價(jià)態(tài)、形態(tài)進(jìn)行污染的強(qiáng)化治理和修復(fù)具有重要意義。20世紀(jì)80年代以來，零價(jià)鐵(ZVI)先后應(yīng)用于水中有機(jī)污染物的去除以及受污染地下水的原位修復(fù)，也是電鍍廢水、染料廢水、重金屬?gòu)U水處理以及土壤污染治理的一種主流技術(shù)。零價(jià)鐵技術(shù)作為一種廉價(jià)、簡(jiǎn)單、無毒、高效的環(huán)境污染治理和修復(fù)方法，已成為一個(gè)廣受關(guān)注的研究領(lǐng)域。
[0003]環(huán)境領(lǐng)域使用的鐵材料，要求其具有較強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)活性，而目前環(huán)境領(lǐng)域并無相應(yīng)的分類方法及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。此問題在環(huán)境治理實(shí)踐中更加突出。對(duì)于規(guī)?；銉r(jià)鐵技術(shù)實(shí)施，采用的鐵材料需求量大，且購(gòu)置時(shí)需明確和了解其反應(yīng)活性，從而判斷所選鐵材料是否是目標(biāo)污染物的最佳處理材料。因而發(fā)展簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、易操作的鑒別方法，判斷鐵材料的反應(yīng)活性成為一個(gè)亟待解決的問題。
[0004]目前對(duì)鐵材料的表征多采用BET-N2吸附法測(cè)定比表面積。BET-N2吸附法也是目前環(huán)境領(lǐng)域中，最常用和僅有標(biāo)準(zhǔn)化鐵材料的測(cè)量措施。但BET-N2吸附法對(duì)于鐵材料表面積的測(cè)量是通過N2吸附的方式間接表示，難以區(qū)分可以與污染物接觸和不會(huì)與污染物接觸的表面以及具有還原能力的表面和非還原能力的表面。鐵材料還原污染物多為固液界面反應(yīng)，這就要求表征方法應(yīng)同時(shí)反映鐵材料的還原性能和表面吸附性能。前者由材料表面零價(jià)鐵成分決定，后者取決于比表面積大小。相關(guān)研究表明，氣相沉積合成納米零價(jià)鐵(nZVI)比液相還原合成nZVI具有更高BET-N2表面積，但其還原能力卻遜于液相合成nZVI?？梢?，BET-N2吸附法只是間接反映鐵材料比表面積大小，對(duì)其反應(yīng)活性的表征是不準(zhǔn)確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在建立一種判定鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易方法。
[0006]本發(fā)明提出的判定鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易方法，具體步驟如下:
(1)基準(zhǔn)鐵材料選擇:基準(zhǔn)鐵材料選用實(shí)驗(yàn)室液相合成的新鮮納米零價(jià)鐵(nZVI)或購(gòu)置的新鮮微米零價(jià)鐵(mFe)，或反應(yīng)活性明確的鐵材料亦可作為基準(zhǔn)鐵材料；
(2)采用并配置六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液；六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液采用新鮮配制的重鉻酸鉀(K2Cr2O7)標(biāo)準(zhǔn)溶液，控制鉻濃度為50-1000 mg/L ；
(3)控制反應(yīng)條件，投加成質(zhì)量梯度的基準(zhǔn)鐵材料與六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)；在批次反應(yīng)中向步驟(2)所得的六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入成質(zhì)量梯度的步驟(I)所得的基準(zhǔn)鐵材料；根據(jù)基準(zhǔn)鐵材料的選擇，選擇3-8個(gè)不同投加量的基準(zhǔn)鐵材料，控制基準(zhǔn)鐵材料的濃度為
0.1-500 g/L，控制六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液初始反應(yīng)pH值為3-7，反應(yīng)溫度在15_25°C，反應(yīng)時(shí)間為2-10小時(shí)；以基準(zhǔn)鐵材料投加量為橫坐標(biāo)，鉻去除量為縱坐標(biāo)，繪制呈線性的反應(yīng)曲線；(4)基準(zhǔn)鐵材料標(biāo)準(zhǔn)曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線方程獲得；通過基準(zhǔn)鐵材料與六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)繪制基準(zhǔn)鐵材料反應(yīng)曲線，通過坐標(biāo)軸標(biāo)準(zhǔn)化，得到基準(zhǔn)鐵材料標(biāo)準(zhǔn)曲線、標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)Ktt ;坐標(biāo)軸標(biāo)準(zhǔn)化過程中，縱坐標(biāo)前后不變，均為鉻去除量（ACr，mg/L);橫坐標(biāo)由基準(zhǔn)鐵材料投加量（g/L)轉(zhuǎn)化為基準(zhǔn)活性面積濃度（m2/L);其標(biāo)準(zhǔn)化方式為：將基準(zhǔn)鐵材料投加量（g/L)乘以基準(zhǔn)鐵材料比表面積（m2/g)，得到基準(zhǔn)活性面積濃度（m2/L);本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)曲線方程如下：
Zl Cr=Kcr · S 基準(zhǔn)
其中：Λ Cr為鉻的去除量；
Kcr為標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)；
S_；!|為基準(zhǔn)活性面積濃度；
(5)控制反應(yīng)條件，投加待測(cè)鐵材料與六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)；向六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液(鉻濃度范圍在50-1000 mg/L)加入待測(cè)鐵材料，控制六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液初始pH值為3-7，反應(yīng)溫度在15-25°C，反應(yīng)時(shí)間在2-10小時(shí)；測(cè)試可得待測(cè)鐵材料對(duì)六價(jià)鉻的去除量；
(6)建立統(tǒng)一判定鐵材料反應(yīng)活性的方法定量判定待測(cè)鐵材料反應(yīng)活性；通過六價(jià)鉻去除量和標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，得到相應(yīng)的基準(zhǔn)活性面積濃度；將待測(cè)鐵材料的基準(zhǔn)活性面積濃度（m2/L)除以其投加量（g/L)，可計(jì)算出待測(cè)鐵材料具有的基準(zhǔn)活性面積大?。╩2/g)，從而可對(duì)其反應(yīng)活性進(jìn)行量化比較。 [0007]本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于零價(jià)鐵材料處理工程的長(zhǎng)期研究結(jié)果與使用經(jīng)驗(yàn)，提供一種應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易判別方法，具有條件簡(jiǎn)單、操作方便、結(jié)果可靠、經(jīng)濟(jì)安全等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖I為本發(fā)明的基準(zhǔn)鐵材料(新鮮納米零價(jià)鐵，nZVI)標(biāo)準(zhǔn)曲線及標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。
[0009]圖2為本發(fā)明的基準(zhǔn)鐵材料(新鮮微米零價(jià)鐵，mFe)標(biāo)準(zhǔn)曲線及標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0011 ] 實(shí)施例1 :本實(shí)施例的步驟如下：
(1)選取實(shí)驗(yàn)室液相合成的新鮮納米零價(jià)鐵（nZVI)作為基準(zhǔn)鐵材料，反應(yīng)方程式為： AFei*+ZBH^ +9H20 ^APe0 I +3H2BO； +i2H++6H2f
(2)配制重鉻酸鉀（K2Cr2O7)標(biāo)準(zhǔn)溶液，鉻濃度為100mg/L ；
(3)向6個(gè)反應(yīng)瓶中注入50mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，初始pH為4. 6，分別投加O、O. I、
0.2,0.5,0.8,1 g/LnZVI。封口，放入25 °C恒溫?fù)u床，反應(yīng)10小時(shí)；
(4)取出樣品，水樣經(jīng)過O.22 μ m濾膜過濾，濾液經(jīng)消解定容，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定樣品中鉻含量；
(5)以基準(zhǔn)鐵材料投加量（g/L)為橫坐標(biāo)，鉻去除量(mg/L)為縱坐標(biāo)，繪制反應(yīng)曲線；
(6)坐標(biāo)軸標(biāo)準(zhǔn)化：將橫坐標(biāo)中基準(zhǔn)鐵材料投加量（g/L)乘以nZVI比表面積20Cm2/g)，得到基準(zhǔn)活性面積濃度（m2/L);縱坐標(biāo)不變，為鉻去除量(mg/L)。標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖I所示。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程如下：Zl Cr=Kcr · S 基準(zhǔn)
其中：Λ Cr為鉻的去除量；
Kcr為標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，此方式中Κ&= 4. 2 ；
S_；!|為基準(zhǔn)活性面積濃度；
(7)向11個(gè)反應(yīng)瓶中注入50mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，其中I個(gè)不投加鐵材料，另外10個(gè)分別投加5種不同鐵材料(每種2個(gè))，初始pH為4. 6，投量不固定。封口，放入25 °C恒溫?fù)u床，反應(yīng)10小時(shí)；
(8)取出樣品，水樣經(jīng)過O.22 μ m濾膜過濾，濾液經(jīng)消解定容，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定樣品中鉻含量；
(9)將鉻去除量帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，可得到待測(cè)鐵材料對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)活性面積濃度；
(10)將得到的待測(cè)鐵材料的基準(zhǔn)活性面積濃度，除以其投加量，即可計(jì)算出待測(cè)鐵材料具有的基準(zhǔn)活性面積大小，從而可對(duì)其反應(yīng)活性進(jìn)行量化判定。
[0012]實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：
表1待測(cè)鐵材料分析結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種判定鐵材料反應(yīng)活性的簡(jiǎn)易方法，其特征在于具體步驟如下: (1)基準(zhǔn)鐵材料選擇:基準(zhǔn)鐵材料選用實(shí)驗(yàn)室液相合成的新鮮納米零價(jià)鐵(nZVI)或購(gòu)置的新鮮微米零價(jià)鐵(mFe)，或反應(yīng)活性明確的鐵材料亦可作為基準(zhǔn)鐵材料； (2)采用并配置六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液；六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液采用新鮮配制的重鉻酸鉀(K2Cr2O7)標(biāo)準(zhǔn)溶液，控制鉻濃度為50-1000 mg/L ； (3)控制反應(yīng)條件，投加成質(zhì)量梯度的基準(zhǔn)鐵材料與六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)；在批次反應(yīng)中向步驟(2)所得的六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入成質(zhì)量梯度的步驟(1)所得的基準(zhǔn)鐵材料；根據(jù)基準(zhǔn)鐵材料的選擇，選擇3-8個(gè)不同投加量的基準(zhǔn)鐵材料，控制基準(zhǔn)鐵材料的濃度為.0.1—500 g/L，控制六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液初始反應(yīng)pH值為3-7，反應(yīng)溫度在15-25°C，反應(yīng)時(shí)間為.2-10小時(shí)；以基準(zhǔn)鐵材料投加量為橫坐標(biāo)，鉻去除量為縱坐標(biāo)，繪制呈線性的反應(yīng)曲線； (4)基準(zhǔn)鐵材料標(biāo)準(zhǔn)曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線方程獲得；通過基準(zhǔn)鐵材料與六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)繪制基準(zhǔn)鐵材料反應(yīng)曲線，通過坐標(biāo)軸標(biāo)準(zhǔn)化，得到基準(zhǔn)鐵材料標(biāo)準(zhǔn)曲線、標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)K& ;坐標(biāo)軸標(biāo)準(zhǔn)化過程中，縱坐標(biāo)前后不變，均為鉻去除量(ACr，mg/L);橫坐標(biāo)由基準(zhǔn)鐵材料投加量(g/L)轉(zhuǎn)化為基準(zhǔn)活性面積濃度(m2/L);其標(biāo)準(zhǔn)化方式為:將基準(zhǔn)鐵材料投加量(g/L)乘以基準(zhǔn)鐵材料比表面積(m2/g)，得到基準(zhǔn)活性面積濃度(m2/L);本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)曲線方程如下:
Zl Cr=Kcr.S 基準(zhǔn) 其中:Λ Cr為鉻的去除量； Kcr為標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)； S基準(zhǔn)為基準(zhǔn)活性面積濃度； (5)控制反應(yīng)條件，投加待測(cè)鐵材料與六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)；向六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入待測(cè)鐵材料，控制六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液初始PH值為3-7，控制鉻濃度范圍在50-1000 mg/L,反應(yīng)溫度在15-25°C，反應(yīng)時(shí)間在2-10小時(shí)；測(cè)試可得待測(cè)鐵材料對(duì)六價(jià)鉻的去除量； (6)建立統(tǒng)一判定鐵材料反應(yīng)活性的方法定量判定待測(cè)鐵材料反應(yīng)活性；通過六價(jià)鉻去除量和標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，得到相應(yīng)的基準(zhǔn)活性面積濃度；將待測(cè)鐵材料的基準(zhǔn)活性面積濃度(m2/L)除以其投加量(g/L)，可計(jì)算出待測(cè)鐵材料具有的基準(zhǔn)活性面積大小(m2/g)，從而可對(duì)其反應(yīng)活性進(jìn)行量化比較。
【文檔編號(hào)】G01N31/22GK104034842SQ201410243599
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】李少林, 劉一源, 雷轟 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)