[發明專利]功能性零價納米鐵/聚電解質復合纖維氈的原位制備方法

無效

• 申請號: 200810207760.4
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101445291A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發明（設計）人: 史向陽;肖仕麗;王善元
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C02F1/70
• 分類號: C02F1/70;C02F1/28
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬零價納米鐵粒子的制備領域，特別是涉及功能性零價納米鐵/聚電解質復合纖維氈的原位制備方法。

背景技術

隨著環境修復技術的不斷改進，各種新型修復材料的研究也越來越受到人們的關注。納米尺度的材料更是因其具有與之相對應的本體材料完全不同的物理化學性質而倍受各界科研人士的青睞。在環境科學領域，納米材料作為一種高活性吸附劑、催化劑和反應劑在污染防治處理，特別是水污染處理方面的研究日益增多。在眾多的納米環境修復材料中，由于納米級零價鐵的比表面積大，具有優良的表面吸附能力和化學反應活性，使之對污染物的吸附能力和化學還原能力尤為突出。自從美國里海大學的Zhang?Weixian?1997年利用硼氫化鈉還原鐵鹽(Fe²⁺或Fe³⁺)溶液的方法制備出零價納米鐵粒子，并對其有效降解三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等污染物的研究報道以來，國內外的研究工作者對納米鐵粒子的制備，處理廢水中污染物的機理及其應用相繼展開了廣泛而深入的研究。

零價納米鐵粒子主要通過還原和吸附作用與污染物之間發生反應，從而使廢水得到凈化。零價鐵化學性質活潑，電負性較大，電極電位為-0.44V，因此還原能力強，一直以來被用作環境友好的還原劑。在強氧化劑存在時，溶液中的Fe²⁺離子還能進一步提供額外電子而被氧化成Fe³⁺。在水體環境中，除了水和氧作受電子體外，環境中的很多污染物都可以作為受電子體與納米鐵粒子反應，從而去除水體中的有毒物質。此外，鐵能與水發生反應并在鐵粒子表面迅速形成一層氧氫氧化鐵(FeOOH)，形成殼-核結構，并根據溶液的化學性質表現出類似于金屬或配位體的配位性能。吸附一些配位基如磷酸鹽、砷酸鹽等，或者與陽離子如Pb(II)形成絡合物達到去除污染物的目的。

現場測試和實驗室研究表明，納米鐵對廢水中難降解污染物，如氯代有機物，染料和重金屬離子等的處理取得了顯著的效果。經過納米鐵粒子處理后的氯代有機物如三氯乙烯、四氯乙烯、有機氯殺蟲劑、多氯苯酚和有機染料等大都能被快速、有效地降解成無毒或低毒的碳氫化合物。一定條件下，零價納米鐵粒子與廢水中偶氮染料反應使染料分子的偶氮鍵發生斷裂，破壞染料的發色或助色基，從而達到脫色目的。此外，用零價納米鐵處理染料廢水還可提高難生化降解的染料中間體廢水的可生化性。納米鐵粒子處理含鉻(VI)廢水一般是在酸性條件下，鐵將鉻(VI)還原為鉻(III)，然后將溶液的pH值調高至中性或偏堿性，使得鉻(III)以沉淀形式析出，水質得以修復和凈化。但是，納米鐵粒子在處理廢水中污染物的過程中，隨著反應的進行，鐵粒子的表面會被氧化，降低了鐵粒子的反應活性。為解決納米鐵的比表面積大，暴露在空氣中極易氧化，在表面形成鈍化層，降低反應活性的問題，有研究者開發了雙金屬納米粒子。現已報道的納米雙金屬粒子一般有納米Cu/Fe、Ni/Fe、Pt/Fe和Pd/Fe。覆蓋在納米零價鐵表面的過渡金屬催化層可阻止鐵的氧化，同時又可作為優良的加氫催化劑，對氫有強吸收作用，從而大大提高了反應速度。

然而，由于納米粒子的小尺寸效應、表面效應和高表面自由能的作用，粒子在水體環境中很容易發生團聚。納米鐵粒子在處理廢水污染物的過程中也遇到了同樣的問題，使得納米鐵粒子的反應活性減小，處理污染物的效率降低。為此，增加納米鐵粒子在液體中的穩定性能和減少粒子的團聚發生是進一步拓展納米鐵粒子應用的關鍵。