公布日：2022.03.22
申請日：2021.12.28
分類號：B22F1/102(2022.01)I;C02F1/461(2006.01)I
摘要
本發(fā)明涉及包膜技術領域，具體涉及一種包膜鐵碳復合材料及其制備、改性方法及污水處理方法。其中，包膜鐵碳復合材料包括鐵碳材料和包裹于其表面的包膜材料。包膜材料能明顯提高鐵碳材料的強度，從而提高其混料、運輸過程中以及放置期間的穩(wěn)定性。
權利要求書
1.一種包膜鐵碳復合材料，其特征在于，包括鐵碳材料和包裹于其表面的包膜材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的包膜鐵碳復合材料，其特征在于，所述包膜鐵碳復合材料滿足以下(A)、(B)中的任意一項：(A)鐵碳材料包括以下重量份組分：鐵粉40~80份，炭粉10~30份；(B)所述包膜材料為有機高分子材料，優(yōu)選地，所述包膜材料選自聚烯烴、聚氨酯、天然橡膠、脲甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂中一種或多種。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的包膜鐵碳復合材料，其特征在于，所述包膜材料與鐵碳材料的質(zhì)量比為1：(10~35)。
4.一種權利要求1~3任一項所述包膜鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于，取包膜材料溶解于有機溶劑中制得包膜液，將包膜液噴涂于鐵碳材料的表面，制得包膜鐵碳復合材料。
5.根據(jù)權利要求4所述的包膜鐵碳復合材料的制備方法，其特征在于，制備方法滿足以下(A)~(F)中的任意一項：(A)有機溶劑選自四氯乙烯、二氯甲烷、正己烷、二甲苯、丙酮中的一種或多種；(B)包膜材料和有機溶劑的質(zhì)量比為1:20~30；(C)溶解溫度為80~125℃；(D)噴涂在空氣和/或氮氣氛圍下進行；(E)鐵碳材料的溫度為45~50℃；(F)鐵碳材料采用交聯(lián)固化或燒結(jié)固化的方式制備，優(yōu)選交聯(lián)固化的方式制備。
6.一種包膜鐵碳復合材料的改性方法，其特征在于，將權利要求1~3任一項所述的包膜鐵碳復合材料或權利要求4或5所述制備方法制備得到的包膜鐵碳復合材料進行超聲處理，超聲波頻率為20~40kHz，超聲波群占空比為20~30％，超聲時間為30~120min。
7.一種權利要求6所述的改性方法得到的改性的包膜鐵碳復合材料。
8.一種污水處理方法，其特征在于，包括以下步驟：取權利要求1~3任一項所述的包膜鐵碳復合材料或權利要求4或5所述制備方法制備得到的包膜鐵碳復合材料進行超聲處理和污水處理；所述超聲波頻率為20~40kHz，超聲波群占空比為20~30％，超聲時間為30~120min；或，取權利要求6所述改性方法制備得到的改性的包膜鐵碳復合材料或權利要求7所述的改性的包膜鐵碳復合材料進行污水處理。
9.根據(jù)權利要求8所述的污水處理方法，其特征在于，超聲處理前，還包括包膜鐵碳復合材料與骨料混合、填充于滲透式反應墻的步驟。
10.根據(jù)權利要求9所述的污水處理方法，其特征在于，所述骨料選自沙、石中的一種或兩種；和/或，所述包膜鐵碳復合材料與骨料的質(zhì)量比為：(5~10)：(90~95)。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的第一個技術問題在于克服現(xiàn)有技術中的鐵碳材料抗壓強度低下的問題，從而提供了一種包膜鐵碳復合材料及其制備方法。
為此，本發(fā)明提供一種包膜鐵碳復合材料，包括鐵碳材料和包裹于其表面的包膜材料。
優(yōu)選的，所述鐵碳材料包括以下重量份組分：鐵粉40~80份，炭粉10~30份。
優(yōu)選的，所述鐵碳復合材料還包括重量份數(shù)為3~6份的海藻酸鈉。
優(yōu)選的，所述鐵粉粒徑為200~40目；和/或，所述炭粉粒徑為200~400目。
優(yōu)選的，所述包膜材料為有機高分子材料，優(yōu)選的，所述包膜材料選自聚烯烴、聚氨酯、天然橡膠、脲甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂中一種或多種。
優(yōu)選的，所述包膜材料與鐵碳材料的質(zhì)量比為1：(10~35)。
本發(fā)明進一步提供上述包膜鐵碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：取包膜材料溶解于有機溶劑中制得包膜液，將包膜液噴涂于鐵碳材料的表面，制得包膜鐵碳復合材料。
優(yōu)選的，所述制備方法，滿足以下(A)~(F)中的任意一項：
(A)有機溶劑選自四氯乙烯、二氯甲烷、正己烷、二甲苯、丙酮中的一種或多種；
(B)包膜材料和有機溶劑的質(zhì)量比為1:20~30；
(C)溶解溫度為80~125℃；
(D)噴涂在空氣和/或氮氣氛圍下進行；
(E)鐵碳材料的溫度為45~50℃；
(F)鐵碳材料可以采用交聯(lián)固化或者燒結(jié)固化的方式制備，為了提高鐵碳材料的還原效率，優(yōu)選交聯(lián)固化的方式。
優(yōu)選的，所述空氣和/或氮氣氛圍的溫度為70~90℃。
優(yōu)選的，在某些優(yōu)選的實施方式中，所述鐵碳材料的制備方法，包括以下步驟：
酸洗鐵粉制備：將鐵粉浸泡于酸液中，固液分離，洗滌至中性；
交聯(lián)固化：將酸洗鐵粉、炭粉、海藻酸鈉混合，加入水中，得到混懸液；將混懸液滴加至交聯(lián)固化劑溶液中，靜置，固液分離，干燥即得交聯(lián)固化的鐵碳材料。
優(yōu)選的，所述酸液選自鹽酸、硫酸、硝酸中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述酸液的濃度為0.05~1mol/L。
優(yōu)選的，所述酸洗鐵粉洗滌至中性后，干燥，置于無氧環(huán)境中保存。
優(yōu)選的，交聯(lián)固化步驟中，所述水溫度為50~80℃。
優(yōu)選的，交聯(lián)固化步驟中，酸洗鐵粉、炭粉和海藻酸鈉的總質(zhì)量與水的質(zhì)量比為15~25:100。
優(yōu)選的，所述交聯(lián)固化劑選自氯化鈣、硝酸鈣、氯化鋅、硝酸鋅中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述交聯(lián)固化溶液質(zhì)量百分濃度為2~6％。
優(yōu)選的，滴加容器孔徑為0.5~1mm。
優(yōu)選的，所述靜置時間為30~90min。。
本發(fā)明要解決的第二個技術問題在于同時克服現(xiàn)有技術中的鐵碳材料抗壓強度和處理污水能力無法兼顧的問題。從而提供了一種包膜鐵碳復合材料的改性方法及改性的包膜鐵碳復合材料和一種污水處理方法。
為此，本發(fā)明提供一種包膜鐵碳復合材料的改性方法，將上述包膜鐵碳復合材料或上述制備方法制備得到的包膜鐵碳復合材料進行超聲處理，超聲波頻率為20~40kHz，超聲波群占空比為20~30％，超聲時間為30~120min。
優(yōu)選的，所述超聲時間為30~60min。
優(yōu)選的，所述超聲電壓為220~380v；和/或，所述超聲頻率為0.3~40kw。
優(yōu)選的，所述超聲影響半徑為2~2.5m。
本發(fā)明進一步提供上述改性方法得到的改性包膜鐵碳復合材料。
本發(fā)明進一步提供一種污水處理方法，取上述包膜鐵碳復合材料或上述制備方法制備得到的包膜鐵碳復合材料進行超聲處理和污水處理；所述超聲波頻率為20~40kHz，超聲波群占空比為20~30％，超聲時間為30~120min；
或，取上述改性方法制備得到的改性的包膜鐵碳復合材料或上述改性的包膜鐵碳復合材料進行污水處理。
優(yōu)選的，所述超聲時間為30~60min。
優(yōu)選的，所述超聲電壓為220~380v；和/或，所述超聲頻率為0.3~40kw。
優(yōu)選的，所述超聲影響半徑為2~2.5m。
優(yōu)選的，采用包膜鐵碳復合材料處理污水時，在超聲前，還包括包膜鐵碳復合材料與骨料混合、填充于滲透式反應墻的步驟。
優(yōu)選的，所述骨料選自沙、石中的一種或兩種。
優(yōu)選的，所述包膜鐵碳復合材料與骨料的質(zhì)量比為：(5~10)：(90~95)。
本發(fā)明技術方案，具有如下優(yōu)點：
1.本發(fā)明提供的包膜鐵碳復合材料，包括鐵碳材料和包裹于其表面的包膜材料，通過包膜材料明顯提高鐵碳材料的強度，從而提高其混料、運輸過程中以及放置期間的穩(wěn)定性。
2.本發(fā)明提供的包膜鐵碳復合材料，其中，鐵碳材料包括以下重量份組分：鐵粉40~80份，炭粉10~30份，通過炭~鐵組合成為微電解體系，加速反應體系內(nèi)電子交換，促進鐵的氧化和污染物的還原，對污染物的處理能力更強，效率更高。同時鐵粉被炭粉間隔，不易團聚，氫氧化物的沉積點位被分散，反應活性保持時間更久。
包膜材料為有機高分子材料，優(yōu)選地，所述包膜材料選自聚烯烴、聚氨酯、天然橡膠、脲甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂中一種或多種。有機高分子材料對鐵碳材料進行包膜，提高鐵碳材料的強度，并能起到良好的阻隔效果。
3.本發(fā)明提供的包膜鐵碳復合材料，控制包膜材料與鐵碳材料的質(zhì)量比為1：(10~35)，既能提高鐵復合復合材料的強度，又能避免加大后續(xù)破裂的難度。
4.本發(fā)明還提供包膜鐵碳復合材料的制備方法，取包膜材料溶解于有機溶劑中制得包膜液，將包膜液噴涂于鐵碳材料的表面，制得包膜鐵碳復合材料�？刂瓢げ牧虾陀袡C溶劑的質(zhì)量比為1:20~30；溶解溫度為80~125℃；在空氣和/或氮氣氛圍下噴涂；鐵碳材料的溫度為45~50℃，可以實現(xiàn)鐵碳材料的有效包膜，既能提高鐵碳材料的強度，又能避免增加后續(xù)破裂的難度。鐵碳材料采用交聯(lián)固化或燒結(jié)固化的方式制備，優(yōu)選交聯(lián)固化的方式制備。燒結(jié)固化由于溫度較高，會帶來較高的能量損耗，并且會使材料在高溫中表面硬化，原有的緩釋孔道被封閉，部分鐵粉與炭粉等活性材料被鎖在固化材料內(nèi)部，無法與外界反應，材料利用率低，因此交聯(lián)固化的方式制備鐵碳材料的還原效果更佳。
5.本發(fā)明提供一種包膜鐵碳復合材料的改性方法，將包膜鐵碳復合材料進行超聲處理，使得包膜鐵碳復合材料表面膜破裂，鐵碳復合材料釋放，發(fā)揮其緩釋作用，同時為了避免鐵碳材料結(jié)構(gòu)被破壞，控制超聲波頻率為20~40kHz，超聲波群占空比為20~30％，超聲時間為30~120min。
6.本發(fā)明提供的污水處理方法，可以直接使用改性后的包膜鐵碳復合材料，也可以使用包膜鐵碳復合材料，在處理污水的過程中再進行超聲。
7.本發(fā)明提供的污水處理方法，可以將包膜鐵碳復合材料與骨料混合、填充于滲透式反應墻中，與污水接觸后，超聲處理。由于混合和填裝的過程會對鐵碳復合材料有較大的磨損，要求其具備更高的強度，因此，需要將包膜鐵碳復合材料與填料先進行混合，與污水接觸后再進行超聲。該方法可以實現(xiàn)定區(qū)域、定時間的超聲，啟動不同區(qū)域填料，避免傳統(tǒng)方法中，墻體同時啟動帶來的下游填料的損失。
（發(fā)明人：王祺;李嘉晨;熊靜;郭麗莉;張孟昭;李亞秀;李書鵬;李博）
