[發明專利]可在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子及其制備方法

無效

• 申請號: 200810052476.4
• 申請日: 2008-03-20
• 公開（公告）號: CN101537489A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 金朝暉;李鐵龍;耿兵
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 侯 力

技術領域

本發明涉及納米技術領域，尤其是一種可在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子及其制備方法。

背景技術

零價鐵的電負性較大，具有較強的還原性，采用零價鐵還原去除環境污染物是近年來國內外廣泛研究應用的技術，尤其是采用納米零價鐵這樣一種高新污染控制技術。納米零價鐵與普通鐵粉相比，具有粒徑小、比表面積大、表面能大的特點，在與其它物質的反應中具有較高的活性，處理效果遠遠優于普通鐵粉，具有很好的應用前景，但是納米零價鐵的特殊活性使得其在制備和使用過程中需要苛刻的操作條件。

目前納米零價鐵粒子的制備方法主要包括氣相方法、液相方法和固相方法。

氣相方法制備的納米零價鐵粒子，其純度高、粒徑小、分散均勻，但對設備要求較高，設備昂貴，同時要求高溫高壓，操作不安全；固相制備方法雖然比較簡單，可操作性強，但容易發生團聚，以及粒徑分布不均勻等。

液相還原法雖然具有原理簡單、設備簡單、可操作性強、生產成本低等特點，但也存在著粒徑分布不均勻、容易發生團聚、反應活性較低等缺陷，因此必須通過添加一定的分散劑來克服這一缺陷；同時，納米零價鐵空氣穩定性差，在環境中易氧化甚至自燃，為納米零價鐵的使用和運輸帶來了諸多不便，這些因素使得納米零價鐵在實際應用中受到了諸多限制。為了解決納米鐵粒子容易氧化的問題，普遍采用采用包覆法對制備的納米零價鐵粒子進行包覆。納米鐵粒子包覆物通常采用無機材料，如碳層、氮化硼、鎳層等。然而，這類包覆納米零價鐵粒子的方法并不能完全防止氧化以及在空氣中穩定存在，且制備過程較為繁瑣、設備要求仍然較高。

殼聚糖是一種天然生物高分子材料，具有無毒性、無刺激性、良好的生物相容性、生物可溶解性，本發明通過殼聚糖進行表面修飾，使納米零價鐵粒子的抗氧化性能得到了較大提高，制備可以在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子，而關于空氣中穩定存在納米零價鐵粒子的制備并沒有研究報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子及其制備方法，該方法所需設備簡單、工藝簡便，且所制得納米零價鐵粒子具有較好的空氣穩定性和反應活性。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種可在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子，該可在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子是以納米零價鐵粒子為核心，在其表面包覆有納米殼聚糖粒子。

而且，所述的殼聚糖的分子量為50000-100000。

一種可在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

(1).制備殼聚糖硝酸溶液：

將分子量為50000-100000的殼聚糖溶解于0.05mol/L?HNO₃溶液中，得到質量百分含量為0.3-0.8％的殼聚糖硝酸溶液；

(2).除氧：

向3ml上述殼聚糖硝酸溶液中加入含有FeSO₄·7H₂O的水溶液，使鐵離子的摩爾濃度為0.01-1.0mol/L，然后通入氮氣除氧20-40min，然后機械攪拌9-11min以使混合均勻充分，得到混合溶液；

(3).制備納米鐵溶液：

在機械攪拌下向混合溶液中滴加新制備的KBH₄溶液或NaBH₄溶液，反應80-100min，得到黑色的納米鐵溶液；

(4).制備納米零價鐵粒子：

納米鐵溶液經磁選法分離出納米零價鐵粒子，用蒸餾水充分洗滌三次，真空干燥即得到可在空氣中穩定存在的納米零價鐵粒子。

而且，所述的向混合溶液中滴加新制備的KBH₄溶液或NaBH₄溶液的摩爾濃度為鐵離子摩爾濃度的5-8倍。

本發明的優點和有益效果是：

1.本發明所需設備簡單、工藝簡便，反應在常溫下完成，產物為固相，反應體系為液相，產物容易分離，適用于大規模工業生產。

2.本發明所制得的納米零價鐵粒子分布均勻，平均粒徑小，比表面積大，對污染物的去除能力遠高于普通鐵粉，可廣泛應用于環境污染的處理和環境修復領域。

3.本發明納米零價鐵粒子的粒徑分布范圍為20-80nm，平均粒徑為60-70nm，所采用的穩定材料殼聚糖價廉易得，生物相容性好，低毒且可生物降解，不會產生二次污染；通過殼聚糖進行表面修飾，使得納米零價鐵粒子的抗氧化性能得到了較大提高，從而為材料的存儲和運輸帶來了便利，具有較好的市場前景。