公布日：2022.03.22

申请日：2021.12.28

分类号：B22F1/102(2022.01)I;C02F1/461(2006.01)I

摘要

本发明涉及包膜技术领域，具体涉及一种包膜铁碳复合材料及其制备、改性方法及污水处理方法。其中，包膜铁碳复合材料包括铁碳材料和包裹于其表面的包膜材料。包膜材料能明显提高铁碳材料的强度，从而提高其混料、运输过程中以及放置期间的稳定性。

权利要求书

1.一种包膜铁碳复合材料，其特征在于，包括铁碳材料和包裹于其表面的包膜材料。

2.根据权利要求1所述的包膜铁碳复合材料，其特征在于，所述包膜铁碳复合材料满足以下(A)、(B)中的任意一项：(A)铁碳材料包括以下重量份组分：铁粉40~80份，炭粉10~30份；(B)所述包膜材料为有机高分子材料，优选地，所述包膜材料选自聚烯烃、聚氨酯、天然橡胶、脲甲醛树脂、环氧树脂中一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的包膜铁碳复合材料，其特征在于，所述包膜材料与铁碳材料的质量比为1：(10~35)。

4.一种权利要求1~3任一项所述包膜铁碳复合材料的制备方法，其特征在于，取包膜材料溶解于有机溶剂中制得包膜液，将包膜液喷涂于铁碳材料的表面，制得包膜铁碳复合材料。

5.根据权利要求4所述的包膜铁碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备方法满足以下(A)~(F)中的任意一项：(A)有机溶剂选自四氯乙烯、二氯甲烷、正己烷、二甲苯、丙酮中的一种或多种；(B)包膜材料和有机溶剂的质量比为1:20~30；(C)溶解温度为80~125℃；(D)喷涂在空气和/或氮气氛围下进行；(E)铁碳材料的温度为45~50℃；(F)铁碳材料采用交联固化或烧结固化的方式制备，优选交联固化的方式制备。

6.一种包膜铁碳复合材料的改性方法，其特征在于，将权利要求1~3任一项所述的包膜铁碳复合材料或权利要求4或5所述制备方法制备得到的包膜铁碳复合材料进行超声处理，超声波频率为20~40kHz，超声波群占空比为20~30％，超声时间为30~120min。

7.一种权利要求6所述的改性方法得到的改性的包膜铁碳复合材料。

8.一种污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：取权利要求1~3任一项所述的包膜铁碳复合材料或权利要求4或5所述制备方法制备得到的包膜铁碳复合材料进行超声处理和污水处理；所述超声波频率为20~40kHz，超声波群占空比为20~30％，超声时间为30~120min；或，取权利要求6所述改性方法制备得到的改性的包膜铁碳复合材料或权利要求7所述的改性的包膜铁碳复合材料进行污水处理。

9.根据权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于，超声处理前，还包括包膜铁碳复合材料与骨料混合、填充于渗透式反应墙的步骤。

10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，所述骨料选自沙、石中的一种或两种；和/或，所述包膜铁碳复合材料与骨料的质量比为：(5~10)：(90~95)。

发明内容

因此，本发明要解决的第一个技术问题在于克服现有技术中的铁碳材料抗压强度低下的问题，从而提供了一种包膜铁碳复合材料及其制备方法。

为此，本发明提供一种包膜铁碳复合材料，包括铁碳材料和包裹于其表面的包膜材料。

优选的，所述铁碳材料包括以下重量份组分：铁粉40~80份，炭粉10~30份。

优选的，所述铁碳复合材料还包括重量份数为3~6份的海藻酸钠。

优选的，所述铁粉粒径为200~40目；和/或，所述炭粉粒径为200~400目。

优选的，所述包膜材料为有机高分子材料，优选的，所述包膜材料选自聚烯烃、聚氨酯、天然橡胶、脲甲醛树脂、环氧树脂中一种或多种。

优选的，所述包膜材料与铁碳材料的质量比为1：(10~35)。

本发明进一步提供上述包膜铁碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：取包膜材料溶解于有机溶剂中制得包膜液，将包膜液喷涂于铁碳材料的表面，制得包膜铁碳复合材料。

优选的，所述制备方法，满足以下(A)~(F)中的任意一项：

(A)有机溶剂选自四氯乙烯、二氯甲烷、正己烷、二甲苯、丙酮中的一种或多种；

(B)包膜材料和有机溶剂的质量比为1:20~30；

(C)溶解温度为80~125℃；

(D)喷涂在空气和/或氮气氛围下进行；

(E)铁碳材料的温度为45~50℃；

(F)铁碳材料可以采用交联固化或者烧结固化的方式制备，为了提高铁碳材料的还原效率，优选交联固化的方式。

优选的，所述空气和/或氮气氛围的温度为70~90℃。

优选的，在某些优选的实施方式中，所述铁碳材料的制备方法，包括以下步骤：

酸洗铁粉制备：将铁粉浸泡于酸液中，固液分离，洗涤至中性；

交联固化：将酸洗铁粉、炭粉、海藻酸钠混合，加入水中，得到混悬液；将混悬液滴加至交联固化剂溶液中，静置，固液分离，干燥即得交联固化的铁碳材料。

优选的，所述酸液选自盐酸、硫酸、硝酸中的一种或多种。

优选的，所述酸液的浓度为0.05~1mol/L。

优选的，所述酸洗铁粉洗涤至中性后，干燥，置于无氧环境中保存。

优选的，交联固化步骤中，所述水温度为50~80℃。

优选的，交联固化步骤中，酸洗铁粉、炭粉和海藻酸钠的总质量与水的质量比为15~25:100。

优选的，所述交联固化剂选自氯化钙、硝酸钙、氯化锌、硝酸锌中的一种或多种。

优选的，所述交联固化溶液质量百分浓度为2~6％。

优选的，滴加容器孔径为0.5~1mm。

优选的，所述静置时间为30~90min。。

本发明要解决的第二个技术问题在于同时克服现有技术中的铁碳材料抗压强度和处理污水能力无法兼顾的问题。从而提供了一种包膜铁碳复合材料的改性方法及改性的包膜铁碳复合材料和一种污水处理方法。

为此，本发明提供一种包膜铁碳复合材料的改性方法，将上述包膜铁碳复合材料或上述制备方法制备得到的包膜铁碳复合材料进行超声处理，超声波频率为20~40kHz，超声波群占空比为20~30％，超声时间为30~120min。

优选的，所述超声时间为30~60min。

优选的，所述超声电压为220~380v；和/或，所述超声频率为0.3~40kw。

优选的，所述超声影响半径为2~2.5m。

本发明进一步提供上述改性方法得到的改性包膜铁碳复合材料。

本发明进一步提供一种污水处理方法，取上述包膜铁碳复合材料或上述制备方法制备得到的包膜铁碳复合材料进行超声处理和污水处理；所述超声波频率为20~40kHz，超声波群占空比为20~30％，超声时间为30~120min；

或，取上述改性方法制备得到的改性的包膜铁碳复合材料或上述改性的包膜铁碳复合材料进行污水处理。

优选的，所述超声时间为30~60min。

优选的，所述超声电压为220~380v；和/或，所述超声频率为0.3~40kw。

优选的，所述超声影响半径为2~2.5m。

优选的，采用包膜铁碳复合材料处理污水时，在超声前，还包括包膜铁碳复合材料与骨料混合、填充于渗透式反应墙的步骤。

优选的，所述骨料选自沙、石中的一种或两种。

优选的，所述包膜铁碳复合材料与骨料的质量比为：(5~10)：(90~95)。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的包膜铁碳复合材料，包括铁碳材料和包裹于其表面的包膜材料，通过包膜材料明显提高铁碳材料的强度，从而提高其混料、运输过程中以及放置期间的稳定性。

2.本发明提供的包膜铁碳复合材料，其中，铁碳材料包括以下重量份组分：铁粉40~80份，炭粉10~30份，通过炭~铁组合成为微电解体系，加速反应体系内电子交换，促进铁的氧化和污染物的还原，对污染物的处理能力更强，效率更高。同时铁粉被炭粉间隔，不易团聚，氢氧化物的沉积点位被分散，反应活性保持时间更久。

包膜材料为有机高分子材料，优选地，所述包膜材料选自聚烯烃、聚氨酯、天然橡胶、脲甲醛树脂、环氧树脂中一种或多种。有机高分子材料对铁碳材料进行包膜，提高铁碳材料的强度，并能起到良好的阻隔效果。

3.本发明提供的包膜铁碳复合材料，控制包膜材料与铁碳材料的质量比为1：(10~35)，既能提高铁复合复合材料的强度，又能避免加大后续破裂的难度。

4.本发明还提供包膜铁碳复合材料的制备方法，取包膜材料溶解于有机溶剂中制得包膜液，将包膜液喷涂于铁碳材料的表面，制得包膜铁碳复合材料。控制包膜材料和有机溶剂的质量比为1:20~30；溶解温度为80~125℃；在空气和/或氮气氛围下喷涂；铁碳材料的温度为45~50℃，可以实现铁碳材料的有效包膜，既能提高铁碳材料的强度，又能避免增加后续破裂的难度。铁碳材料采用交联固化或烧结固化的方式制备，优选交联固化的方式制备。烧结固化由于温度较高，会带来较高的能量损耗，并且会使材料在高温中表面硬化，原有的缓释孔道被封闭，部分铁粉与炭粉等活性材料被锁在固化材料内部，无法与外界反应，材料利用率低，因此交联固化的方式制备铁碳材料的还原效果更佳。

5.本发明提供一种包膜铁碳复合材料的改性方法，将包膜铁碳复合材料进行超声处理，使得包膜铁碳复合材料表面膜破裂，铁碳复合材料释放，发挥其缓释作用，同时为了避免铁碳材料结构被破坏，控制超声波频率为20~40kHz，超声波群占空比为20~30％，超声时间为30~120min。

6.本发明提供的污水处理方法，可以直接使用改性后的包膜铁碳复合材料，也可以使用包膜铁碳复合材料，在处理污水的过程中再进行超声。

7.本发明提供的污水处理方法，可以将包膜铁碳复合材料与骨料混合、填充于渗透式反应墙中，与污水接触后，超声处理。由于混合和填装的过程会对铁碳复合材料有较大的磨损，要求其具备更高的强度，因此，需要将包膜铁碳复合材料与填料先进行混合，与污水接触后再进行超声。该方法可以实现定区域、定时间的超声，启动不同区域填料，避免传统方法中，墙体同时启动带来的下游填料的损失。

（发明人：王祺;李嘉晨;熊静;郭丽莉;张孟昭;李亚秀;李书鹏;李博）