一种S掺杂Fe2B复合材料的制备方法及应用

一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法及应用
技术领域：
1.本发明属于水污染修复技术领域，具体涉及一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法及应用。


背景技术：

2.零价铁(zvi)是目前最有效的还原修复材料之一，利用zvi还原性能修复氯代有机物、偶氮染料及重金属污染水体引起了广泛的关注。在还原过程中，zvi给出电子，通过可以导电的氧化铁/氢氧化铁层(如fe3o4和feooh等)到达颗粒表面，这些电子可以被目标污染物利用从而进行降解反应。但是，zvi本身活性不高，且极易被氧化形成钝化层而降低反应性能。
3.为了提高zvi的反应活性，将zvi纳米化增大其比表面积。1997年，美国 lehigh大学的研究人员发现纳米零价铁(nzvi)具有较大的比表面积和表面能，且具有特殊的表面效应和量子效应，其对三氯乙烯(tce)降解的反应活性是普通零价铁颗粒的10到1000倍。然而，nzvi小粒径和强磁性导致其自身容易发生团聚而大大降低其反应活性，这极大地限制了nzvi在水污染修复中的应用。为了解决这一难题，将nzvi负载在大比表面积或含有丰富官能团的材料表面，改善nzvi的分散性，克服易团聚的缺陷，同时提高nzvi的表面活性。有机碳和无机矿物是常用的负载材料。碳材料比表面积大、孔隙结构丰富，并且化学性质稳定，是nzvi的优良载体；而无机矿物如膨润土、沸石等表面基团丰富，对 nzvi具有良好的分散作用。然而，nzvi的制备过程比较复杂，成本很高，这在很大程度上限制了其应用和推广。此外，选择另一种过渡金属(如pd，ni，ag 和cu等)掺杂zvi，形成的双金属结构材料可以显著提高zvi对有机污染物的降解效率。过渡金属与zvi形成原电池结构，过渡金属作为阴极促进了铁的腐蚀，从而迅速地给出电子用于目标污染物的还原性降解。然而，pd等贵金属材料成本高昂，且存在一定环境风险。因此，上述缺点限制了双金属材料在污水处理工程中的应用。
4.基于以上内容，本发明提出以非金属元素掺杂zvi来提高其活性，设计一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法及应用以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对zvi在还原修复污染水体时自身活性不高，且极易被氧化形成钝化层而降低活性的缺点，提供一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法及应用，通过机械球磨和煅烧的方法合成s掺杂fe2b复合材料，实现提高zvi 的活性及增强zvi电子传输性能，可快速、高效还原降解水体中的污染物。
6.本发明采用以下技术方案：
7.(一)本发明提供一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、将fe粉与b粉混合并进行球磨，随后在氩气的保护下煅烧，得到fe2b；
9.s2、将fe2b与s粉混合并进行球磨，将球磨后的fe2b与s粉用铝箔密封，随后在氩气
fe2b、s
8-fe2b、s
10-fe2b和s
20-fe2b。
30.不同s比例的s-fe2b复合材料x-射线衍射图如图1所示。
31.将该材料用于降解地下水中tce，具体降解方法为：在初始浓度为50 μmol/l的tce污染地下水中加入0.5g/l不同s含量的s掺杂fe2b复合材料后放入搅拌器中搅拌反应。同时比较了s粉和fe2b对tce的去除效果。分别在1 h、2h、3h、4h、5h和6h取样分析，计算不同反应时间tce的去除效率，并检测其降解中间产物。结果如图4所示。
32.结果表明，s掺杂fe2b复合材料可高效去除污染水中tce，其对tce的去除效率高于s粉和fe2b。当使用fe2b与s质量比为10:1的复合材料(s
10-fe2b) 时，s
10-fe2b对tce的去除效率最高，为99.8％。tce的主要还原产物为甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和c
3-c6碳氢化合物，无高毒性的中间产物氯乙烯产生。
33.实施例2
34.本实施例提供一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法及应用：
35.(一)按摩尔比2:1称取fe粉与b粉置于行星式球磨机球罐中，使用二氧化锆磨球正反转交替进行球磨10h；将球磨好的fe、b粉末置于高温管式炉中， 1200℃氩气保护条件下煅烧5h，得到fe2b。
36.(二)将fe2b与s粉按照质量比为10:1进行混合，置于行星式球磨机球罐中，使用二氧化锆磨球正反转交替进行球磨10h；将球磨好的fe2b、s粉末用铝箔密封后置于管式炉中，300℃氩气保护条件下煅烧3h，得到fe2b与s质量比为10:1的s掺杂fe2b复合材料，即s
10-fe2b复合材料。
37.将该材料用于降解地表水中偶氮染料甲基橙(mo)，具体降解方法为：在初始浓度为50mg/l mo污染地表水中加入0.2g/l的s
10-fe2b后放入搅拌器中搅拌反应。反应2h后，mo的去除率达到98.3％。
38.实施例3
39.本实施例提供一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法及应用：
40.(一)按摩尔比2:1称取fe粉与b粉置于行星式球磨机球罐中，使用二氧化锆磨球正反转交替进行球磨8h；将球磨好的fe、b粉末置于高温管式炉中， 1200℃氩气保护条件下煅烧4h，得到fe2b。
41.(二)将fe2b与s粉按照质量比为10:1进行混合，置于行星式球磨机球罐中，使用二氧化锆磨球正反转交替进行球磨8h；将球磨好的fe2b、s粉末用铝箔密封后置于管式炉中，250℃氩气保护条件下煅烧2.5h，得到fe2b与s质量比为10:1的s掺杂fe2b复合材料，即s
10-fe2b复合材料。
42.将该材料用于去除地表水中六价铬(cr(ⅵ))，具体去除方法为：在初始浓度为30mg/l六价铬污染地表水中加入0.3g/l的s
10-fe2b后放入搅拌器中搅拌反应。反应2h后，cr(ⅵ)的去除率达到100％。
43.综上所述，由实施例1～3可知，s掺杂fe2b后，s掺杂fe2b复合材料可高效去除tce、mo和cr(ⅵ)。s掺杂fe2b复合材料对水体中氯代有机物、偶氮染料及重金属去除能力较强，是修复污染地表水和地下水的优良材料。
44.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的
普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种s掺杂fe2b复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将fe粉与b粉混合并进行球磨，随后在氩气的保护下高温煅烧，得到fe2b；s2、将fe2b与s粉混合并进行球磨，将球磨后的fe2b与s粉用铝箔密封，随后在氩气的保护下煅烧，得到s掺杂fe2b复合材料s-fe2b。2.根据权利要求1所述的s掺杂fe2b复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，fe粉与b粉的摩尔比为2:1。3.根据权利要求1所述的s掺杂fe2b复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，煅烧温度为1100～1200℃，煅烧时间为3～5h。4.根据权利要求1所述的s掺杂fe2b复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，fe2b与s质量比为4:1～20:1。5.根据权利要求1所述的s掺杂fe2b复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，煅烧温度为200～300℃，煅烧时间为2～3h。6.根据权利要求1所述的s掺杂fe2b复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1和s2中，球磨过程为：以二氧化锆磨球作为球磨介质，正反转交替进行球磨6～10h。7.根据权利要求1～6任意一项所述的制备方法制备的s-fe2b在水污染物修复中的应用。8.根据权利要求7所述的制备方法制备的s-fe2b在水污染物修复中的应用，其特征在于，所述水污染物为氯代有机物、偶氮染料及重金属中的一种或多种。

技术总结
本发明提供一种S掺杂Fe2B复合材料的制备方法，步骤包括：将Fe粉与B粉混合并进行球磨，随后在氩气的保护下，于1100～1200℃温度下煅烧3～5h，得到Fe2B；将Fe2B与S粉混合并进行球磨，将球磨后的Fe2B与S粉用铝箔密封，随后在氩气的保护下，于200～300℃煅烧2～3h，得到S掺杂Fe2B复合材料S-Fe2B。本发明方法制备得到的S掺杂Fe2B复合材料能够极大改变Fe材料的电子云密度，提高Fe材料的电子传输能力和电子传递过程，该复合材料具有良好的处理污水能力，污染物还原效率高，降解彻底无二次污染，且复合材料制备工艺简单，成本低廉，在修复污染水体方面具有广泛的应用前景。方面具有广泛的应用前景。


技术研发人员：晏井春 陈梦舫 钱林波 解岳霖 郭子涵 严梓辰
受保护的技术使用者：中国科学院南京土壤研究所
技术研发日：2022.09.28
技术公布日：2023/1/6