一种非晶态二硫化亚铁及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及重金属污染废水处理技术领域，具体涉及一种非晶态二硫化亚铁及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，水环境污染问题日益严重，而重金属污染废水的处理问题是亟待解决的问题之一。重金属类污染物具有较强的迁移性和富集性，是水体中难处理的一类污染物。废水中的铬离子主要是六价铬Cr(VI)，其毒性是Cr(III)的100倍，具有致癌作用和致畸作用，且其在土壤和水体中的迁移率较高，对人类健康会造成极大的威胁。因此，废水排放时必须有效地去除六价铬。

目前，零价铁、铁氧化物和铁基复合材料等被广泛应用在重金属污染废水处理领域，是去除六价铬的常用材料，但均存在明显的缺陷，具体如下：

CN 111392844 A公开了一种基于表面官能团调控的硫化零价铁加速水体中Cr(VI)去除的方法及体系，通过将硫化纳米零价铁表面的铁硫化物与有机酸进行络合，达到了加速六价铬去除的效果，但硫化纳米零价铁存在制备方法较复杂、制备时需要用到硼氢化钠等高危化学品、具有强还原性、危险性较高等问题，且纳米零价铁还具有强磁性，易团聚和失活，对反应条件要求严格，实际应用受到很大限制。

CN 112897624 A公开了一种黄铁矿/生物炭复合材料及其制备方法和应用，是通过生物炭(比表面积较大)负载黄铁矿来提高黄铁矿的反应活性，但生物炭的制备需要用到高温裂解，条件控制严格，制备方法复杂，耗能大，且单独的晶体态黄铁矿对六价铬的相互作用缓慢，去除六价铬的效率低，难以满足实际应用需求。

因此，开发一种反应活性高、性质稳定、制备简单、绿色环保、成本较低的Cr(VI)污染废水处理材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非晶态二硫化亚铁及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种非晶态二硫化亚铁的制备方法包括以下步骤：

1)将硫氢化钠加入氢氧化铁分散液中，搅拌均匀，再调节pH至3.5～4.5，静置，得到悬浮液；

2)将氯化钠溶液加入步骤1)的悬浮液中，搅拌均匀，静置，再分离出固体产物，即得非晶态二硫化亚铁。

优选的，步骤1)所述氢氧化铁分散液通过以下方法制备得到：将可溶性铁盐加水溶解，再调节pH至3.5～4.5，即得氢氧化铁分散液。

优选的，所述可溶性铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的至少一种。

进一步优选的，所述可溶性铁盐为FeCl

优选的，步骤1)所述硫氢化钠与氢氧化铁分散液中的氢氧化铁的摩尔比为1:0.5～0.6。

优选的，步骤1)所述静置的时间为100min～150min。

优选的，步骤2)所述静置的时间为40min～60min。

一种非晶态二硫化亚铁(FeS

一种含铬废水的处理方法，采用的废水处理药剂为上述非晶态二硫化亚铁。

一种含铬废水的处理方法包括以下步骤：将非晶态二硫化亚铁和柠檬酸加入含铬废水中，进行搅拌。

优选的，所述含铬废水的Cr

优选的，所述非晶态二硫化亚铁在含铬废水中的投加量为0.1g/L～1.0g/L。

优选的，所述柠檬酸通过柠檬酸-柠檬酸盐缓冲溶液的形式添加。通过在含铬废水体系中加入柠檬酸(同时含有-COOH和-OH)，FeS

优选的，所述柠檬酸-柠檬酸盐缓冲溶液的浓度为2mmol/L～10mmol/L。

本发明的有益效果是：本发明的非晶态二硫化亚铁的反应活性高、性质稳定，对于含铬废水具有优异的处理效果，且其制备简单、过程容易控制、原料易得、绿色环保、成本较低，适合进行大规模推广应用。

具体来说：

1)本发明的非晶态二硫化亚铁的反应活性高、性质稳定，在柠檬酸的辅助下20min内对含铬废水中的Cr(VI)的去除率便可以达到100％，处理效果优异；

2)本发明的非晶态二硫化亚铁对于pH为4～8的含铬废水均具有较好的Cr(VI)去除效果，适用范围广；

3)本发明的非晶态二硫化亚铁具有制备简单、过程容易控制、原料易得、绿色环保、成本较低等优点，适合进行大规模推广应用；

4)本发明在处理含铬废水时采用来源广、成本低廉、无毒无害的柠檬酸作为辅助，可以大幅提高Cr(VI)的去除效果。

附图说明

图1为黄铁矿的SEM图。

图2为实施例1的非晶态FeS

图3为实施例1的非晶态FeS

图4为实施例1～3的非晶态FeS

图5为黄铁矿和非晶态FeS

图6为非晶态FeS

图7为拟合非晶态FeS

图8为不同pH下非晶态FeS

图9为拟合不同pH下非晶态FeS

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种非晶态FeS

1)将200mL浓度为34mmol/L的FeCl

2)将浓度为68mmol/L的NaSH·xH

2)将20mL浓度为5mol/L的NaCl溶液加入步骤2)的悬浮液中，搅拌均匀，静置1h，离心，离心得到的固体用去离子水洗涤5次，冷冻干燥，即得非晶态FeS

性能测试：

1)黄铁矿的扫描电镜(SEM)图如图1所示，本实施例制备的非晶态FeS

由图1和图2可知：FeS

2)本实施例制备的非晶态FeS

由图3可知：Fe(2p)图谱中710.46eV和713.9eV处的峰对应于Fe 2p

实施例2：

一种非晶态FeS

实施例3：

一种非晶态FeS

测试例：

1)将0.4mL浓度为26g/L的Cr(VI)离子母液和199.6mL的去离子水加入容积为200mL的锥形瓶中，并调节pH至4.0，再通入氮气20min排出锥形瓶中的氧气，再加入0.06g实施例1～3制备的非晶态FeS

由图4可知：实施例1～3的非晶态FeS

2)将0.4mL浓度为26g/L的Cr(VI)离子母液和199.6mL的去离子水加入容积为200mL的锥形瓶中，并调节pH至4.0，再通入氮气20min排出锥形瓶中的氧气，再加入0.06g实施例1制备的非晶态FeS

由图5可知：在处理pH＝4.0的含铬废水时，实施例1的非晶态FeS

3)将0.4mL浓度为26g/L的Cr(VI)离子母液和175.6mL的去离子水加入容积为200mL的锥形瓶中，再加入24mL浓度为50mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液，另外将0.4mL浓度为26g/L的Cr(VI)离子母液和199.6mL的去离子水加入容积为200mL的锥形瓶中作为空白对照组(未添加柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液)，并调节pH至4.0，再通入氮气20min排出锥形瓶中的氧气，再加入0.06g实施例1制备的非晶态FeS

由图6可知：在缺氧条件下，单一的非晶态FeS

由图7可知：单一的非晶态FeS

4)将0.4mL浓度为26g/L的Cr(VI)离子母液和175.6mL的去离子水加入容积为200mL的锥形瓶中，再加入24mL浓度为50mmol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液，另外将0.4mL浓度为26g/L的Cr(VI)离子母液和199.6mL的去离子水加入容积为200mL的锥形瓶中作为空白对照组，再分别调节pH至4.0、6.0、7.0和8.0，再通入氮气20min排出锥形瓶中的氧气，再加入0.06g实施例1制备的非晶态FeS

由图8可知：只有非晶态FeS

由图9可知：在酸性条件pH为4.0时，添加柠檬酸之后的反应速率为2.28×10

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。