一种纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护中危险固体废弃物污染控制技术领域，具体涉及一种纳米零 价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法。
【背景技术】
[0002] 医疗垃圾和城市生活垃圾焚烧后将分别产生3%-5%的飞灰和30%-40%的底灰。由 于焚烧飞灰中总含有大量的可溶性重金属，具有浸出毒性，因此被列入到我国的《国家危险 废弃物名录》。近年来研究发现，固体废弃物焚烧飞灰中除了含有大量的重金属铜和锌外， 还含有铅、镉、铬和汞等。这些固体废弃物如果处理不当，对环境会造成严重的二次污染。目 前，我国主要的固体废弃物焚烧飞灰处理技术有：水泥固化法和化学提取法等，然而这些方 法不能彻底有效地解决焚烧飞灰中重金属污染的问题。
[0003] 纳米零价铁（nZVI)是指粒径在I-IOOnm之间、比表面积为10-70m2/g的Fe°粒子， 由于其比表面积较大，反应活性较强，在去除水中一些重金属离子的过程中纳米零价铁显 示了优越的修复性能。目前国内外一些学者采用纳米零价铁修复水环境的研究主要包括： 有机卤化物的脱卤还原、燃料废水的还原脱色以及水中重金属离子的去除。对于去除水中 重金属离子的研究，效果较好的重金属离子有：Ba2+、Zn' Cd' Co2+、Cu' Hg' Ni' Pb2+和 Cr (VI)，因此纳米零价铁在环境污染控制方面具有很好的应用前景。
[0004] 对于焚烧飞灰资源化的利用，通常将其经过多级水洗进行脱毒，实际应用过程中 成本较高，目前将纳米零价铁应用到去除固体废弃物焚烧飞灰中重金属的相关研究报道较 少。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是提供了一种纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重 金属的方法，该方法具有经济高效和便于回收重金属的特点，同时也减轻了固体废弃物焚 烧飞灰对环境造成的二次污染。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种纳米零价铁去除危险废弃物 焚烧飞灰中重金属的方法，其特征在于具体步骤为：将危险废弃物焚烧飞灰与水混合均匀 后加入纳米零价铁得到混合溶液，其中纳米零价铁的加入量为危险废弃物焚烧飞灰质量的 5%-10%，然后通过冰醋酸调节混合溶液的pH为2-4,再将混合溶液于25°C震荡反应l_8h完 成危险废弃物焚烧飞灰中重金属的去除，反应后的混合溶液经过磁力分选分离出飞灰残渣 和纳米零价铁的重金属混合物，该纳米零价铁的重金属混合物回收再利用。
[0007] 进一步优选，所述的危险废弃物焚烧飞灰与水的混合比例为每Ig危险废弃物焚 烧飞灰对应水的体积为20mL。
[0008] 进一步优选，所述的危险废弃物焚烧飞灰为医学垃圾焚烧飞灰或城市生活垃圾焚 烧飞灰。
[0009] 进一步优选，所述的纳米零价铁制备方法的具体步骤为：将FeSO4 · 7H20加入到无 水乙醇/水反应体系中，再加入聚乙二醇作为分散剂，然后在氮气氛围下滴加 NaBH4溶液并 持续搅拌混合溶液30min，最后分别用无氧水和无水乙醇洗涤三次，再于60°C真空干燥制 得纳米零价铁。
[0010] 进一步优选，所述的无水乙醇/水反应体系中无水乙醇与水的体积比为4:1。
[0011] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果： (1) 传统危险废弃物焚烧飞灰的处理一般为固化填埋或需要进行多级水洗处理，并且 处理效果不够理想，纳米零价铁去除焚烧飞灰中的重金属反应时间短且去除效果较好； (2) 纳米零价铁材料具有磁性特点，易于回收再利用，同时也降低了对环境的污染，是 环境友好型材料； (3) 危险废弃物焚烧飞灰处理过后重金属的浸出毒性明显降低，更加有利于焚烧飞灰 残渣的资源化利用。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明实施例1制得的纳米零价铁的XRD图谱； 图2是本发明实施例1制得的纳米零价铁的SEM图谱； 图3是本发明实施例2中使用的医疗垃圾焚烧飞灰的SEM图谱； 图4是本发明实施例3中纳米零价铁处理医疗垃圾焚烧飞灰震荡Ih和8h后纳米零价 铁吸附重金属量的对比柱状图。
【具体实施方式】
[0013] 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。
[0014] 实施例1 将一定量的FeSO4 ·7Η20加入到无水乙醇/水反应体系(无水乙醇与水的体积比为4:1) 中，再加入聚乙二醇作为分散剂，然后在氮气氛围下以2滴/s的速度滴加液并持 续搅拌混合溶液30min，最后分别用无氧水和无水乙醇洗涤三次，再于60°C真空干燥制得 纳米零价铁备用。
[0015] 实施例2 在本实施例中，医疗垃圾焚烧飞灰浸出毒性试验中，重金属含量分别为Cu 41. 2mg/ L、Cr 4. 02mg/L、Zn 870mg/L、As 2. lmg/L、CM I. 4 mg/L、Pb 19. 5mg/L、Ni I. 22mg/L、Ba 71. lmg/L。分别称取医疗垃圾焚烧飞灰5g加入到IOOmL的去离子水中，再加入5%的纳米 零价铁（以飞灰质量计)，然后通过冰醋酸分别调节混合溶液的PH值为2和3,震荡反应Ih 后，将混合溶液进行磁力分选分离出Fe°的重金属混合物和飞灰残渣。飞灰残渣质量为原飞 灰质量的25%左右，将不同pH值下的飞灰残渣进行毒性浸出实验测定其重金属浸出浓度， 结果表明：上述重金属浸出量远低于国家标准限定的标准值。
[0016] 表1为医疗垃圾焚烧飞灰的毒性浸出实验，表格中不同pH值下的各个重金属的浸 出浓度对比得到：pH值为3时浸出浓度相对较低，当pH值为2时飞灰残渣浸出毒性相对提 高，两种条件下浸出毒性均在国家标准限定值以下。
[0017] 表1医疗垃圾焚烧飞灰的毒性浸出实验
[0018] 实施例3 分别称取医疗垃圾焚烧飞灰3g加入到60mL的去离子水中，再加入5%的纳米零价 铁（以飞灰质量计)，用冰醋酸调节溶液的PH值为3,于25°C恒温震荡反应Ih和8h，将混 合溶液进行磁性分选分离出零价铁的重金属混合物，并对其进行微波消解测其重金属浓 度，由测得数据可得震荡反应时间为Ih时，每克纳米零价铁对重金属的吸附量分别为： Pb 145. 2mg/g、Cr 338mg/g、Ni 3.2mg/g、Cu 66. 3mg/g、Zn 422. 5mg/g、As 2. 90 mg/g、CM 8. 9mg/g、Ba 460mg/g ;震荡反应时间为8h时，纳米零价铁对重金属的吸附量分别为：Pb 156.9mg/g、Cr 362mg/g、Ni 3.4mg/g、Cu 69.3mg/g、Zn587.5mg/g、As3.8mg/g、（M lO.lmg/ g、Ba722mg/g。结果表明：在一定范围内，震荡反应时间为8h和Ih中，反应时间增加会提高 纳米零价铁吸附重金属的量。
[0019] 图4中横坐标表示磁性分选分离后的单位质量的纳米零价铁吸附各个重金属的 量，单位为mg/g，横坐标中白色柱状表示震荡反应Ih的吸附量，黑色表示震荡反应8h后的 重金属吸附量。
[0020] 实施例4 对于另一种危险固体废物-城市生活垃圾焚烧飞灰的毒性浸出实验：首先采取毒性浸 出实验测得其重金属浸出浓度 Cu 6. 49mg/L、Zn 23. 2mg/L、Cr 0· 68mg/L、Pb 37mg/L、As 0· 567mg/L、Ni (λ 863mg/L、Cd 12mg/L、Ba 121mg/L，同实施例 I 中的反应条件，称取 5g 城 市生活垃圾焚烧飞灰加入到IOOmL的去离子水中，然后加入10%的纳米零价铁（以飞灰质量 计)，再通过冰醋酸调节混合溶液的pH值为3并恒温震荡反应Ih后，将混合溶液经过磁力 分选分离出飞灰残渣和纳米零价铁的重金属混合物，对飞灰残渣进行毒性浸出实验测得重 金属浸出浓度分别为 Cu I. 4mg/L、Zn 3. 2mg/L、Cr 0· 6mg/L、Pb I. 8mg/L、As 0· 262mg/L、Ni 0. 3mg/L、Cd 2. 6mg/L、Ba 60. lmg/L。结果表明：飞灰残渣的重金属浸出量达到国家标准限 定值以下。
[0021] 以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入 本发明保护的范围内。
【主权项】
1. 一种纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法，其特征在于具体步骤 为：将危险废弃物焚烧飞灰与水混合均匀后加入纳米零价铁得到混合溶液，其中纳米零价 铁的加入量为危险废弃物焚烧飞灰质量的5%-10%，然后通过冰醋酸调节混合溶液的pH为 2-4,再将混合溶液于25°C震荡反应l_8h完成危险废弃物焚烧飞灰中重金属的去除，反应 后的混合溶液经过磁力分选分离出飞灰残渣和纳米零价铁的重金属混合物，该纳米零价铁 的重金属混合物回收再利用。2. 根据权利要求1所述的纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法，其特 征在于：所述的危险废弃物焚烧飞灰与水的混合比例为每Ig危险废弃物焚烧飞灰对应水 的体积为20mL。3. 根据权利要求1所述的纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法，其特 征在于：所述的危险废弃物焚烧飞灰为医学垃圾焚烧飞灰或城市生活垃圾焚烧飞灰。4. 根据权利要求1所述的纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法，其特 征在于所述的纳米零价铁制备方法的具体步骤为：将FeSO 4 WH2O加入到无水乙醇/水反应 体系中，再加入聚乙二醇作为分散剂，然后在氮气氛围下滴加NaB%^液并持续搅拌混合溶 液30min，最后分别用无氧水和无水乙醇洗涤三次，再于60°C真空干燥制得纳米零价铁。5.根据权利要求4所述的纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法，其特 征在于：所述的无水乙醇/水反应体系中无水乙醇与水的体积比为4:1。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米零价铁去除危险废弃物焚烧飞灰中重金属的方法，属于环境保护中危险固体废弃物污染控制技术领域。本发明的技术方案要点为：将危险废弃物焚烧飞灰与水混合均匀后加入纳米零价铁得到混合溶液，然后通过冰醋酸调节混合溶液的pH为2-4，再将混合溶液于25℃震荡反应1-8h完成危险废弃物焚烧飞灰中重金属的去除，反应后的混合溶液经过磁力分选分离出飞灰残渣和纳米零价铁的重金属混合物，该纳米零价铁的重金属混合物回收再利用。本发明的纳米零价铁去除焚烧飞灰中的重金属反应时间短且去除效果较好，危险废弃物焚烧飞灰处理过后重金属的浸出毒性明显降低，更加有利于焚烧飞灰残渣的资源化利用。
【IPC分类】B09B3/00
【公开号】CN105149317
【申请号】CN201510458662
【发明人】王春峰, 孙层层, 陈冠飞, 朱艳臣, 皇晓晨, 姚丹
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月31日