[發明專利]一種在空氣中穩定的納米零價鐵及其制備方法

有效

• 申請號: 201110233166.4
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102284706A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 萬金泉;任蓉;王艷;馬邕文;萬俊杰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明涉及一種納米零價鐵及其制備方法，屬于納米技術領域。具體涉及一種在空氣中穩定的納米零價鐵及其制備方法。

背景技術

近年來，納米零價鐵應用于環境修復及其環境污染物降解研究已成為一個新的熱點，與普通鐵粉相比，納米零價鐵具有粒徑小、比表面積大、表面能大的特點，在與其他物質發生反應時具有較高的活性，處理效果遠遠優于普通鐵粉，再加上其優良的還原作用，使得納米零價鐵在環境保護領域有著廣泛的應用，對于生態環境的修復以及水環境的保護具有十分重要的意義。

目前納米零價鐵的制備方法有很多，但對于實際應用中的納米零價鐵要求不僅具有高效的反應活性，同時應具備一定的穩定性。但納米零價鐵的高化學反應活性使其空氣穩定性較差，暴露在空氣中會被氧化甚至發生自燃，在其表面生成氧化鐵膜而損失其表面活性，這使得納米零價鐵在實際應用中受到了很大的限制。因此研究一種高效、廉價、性能穩定的納米鐵的合成方法非常必要。

目前納米零價鐵的制備方法包括液相制備法、氣相制備法和固相制備法等。其中液相還原法制備納米零價鐵的方法是使用非常廣泛的，主要是將溶液中的金屬鐵鹽在強還原劑的作用下生成納米零價鐵。納米材料的改性和表面修飾在國內外剛剛起步不久，是屬于比較前沿的研究內容。為了提高納米零價鐵在空氣的穩定性以達到提高納米鐵粉的抗氧化性能，目前主要采用的抗氧化修飾方法有：(1)表面微氧化法，將納米零價鐵暴露在微氧環境中使其表面緩慢氧化的方法，該方法會使納米鐵的使用效率降低；(2)有機物包覆法，一般采用高分子有機物修飾納米鐵，但高分子有機物通常會給環境帶來二次污染，且操作較復雜；(3)聚合物包覆法，一般采用聚合物修飾納米鐵，但該方法步驟繁復，操作復雜，且對環境會造成一定污染；(4)合金化法，即將貴金屬包覆在納米零價鐵表面來改善其抗氧化性，但貴金屬材料昂貴，不適合大批量生產。上述方法均不同程度地存在著設備昂貴、操作工藝復雜、步驟繁復、產物純度低、產率低等缺點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種不降低其還原能力的情況下并在空氣中具有較好抗氧化性和反應活性的納米零價鐵及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

將正硅酸乙酯作為包覆材料，利用先合成后修飾的制備方法，將液相還原法與表面修飾相結合，在納米零價鐵合成的過程中進行同步修飾，使正硅酸乙酯水解產生的二氧化硅包覆在納米零價鐵的外層，達到穩定納米零價鐵的目的，同時可以改善納米零價鐵的表面疏水性能，使其更易同酯溶性難降解污染物接觸并發生還原作用將其降解。納米零價鐵的抗氧化能力和還原能力同二氧化硅包覆層的厚度相關。具體步驟如下：

一種在空氣中穩定的納米零價鐵，是以納米零價鐵為核心，在其表面包覆有二氧化硅。

一種在空氣中穩定的納米零價鐵的制備方法，包括以下步驟：

(1)在硫酸亞鐵中加入異丙醇水溶液，通入氮氣，機械攪拌15～30min后，邊攪拌邊滴加含氫氧化鈉的硼氫化鈉溶液，滴加完畢后加入聚乙二醇，繼續攪拌反應0.5～1h；所述硫酸亞鐵溶液與硼氫化鈉溶液的摩爾比為1∶1～1∶2；

(2)向上述所得溶液中加入正硅酸乙酯(TEOS)，控制溶液中氫氧化鈉與硼氫化鈉的摩爾比為1∶10～4∶10，連續攪拌1～7小時，整個反應過程中持續通氮氣，反應完畢后，靜置、真空抽濾，然后用無水乙醇和去離子水分別洗滌；

(3)將得到的納米鐵進行真空干燥，即得到穩定的納米零價鐵。

優選地，步驟(1)所述異丙醇水溶液的加入量為50～100mL，以每加入1g硫酸亞鐵計；其中異丙醇與水的體積比為2∶1～1∶3。

優選地，步驟(1)所述硼氫化鈉溶液中硼氫化鈉與氫氧化鈉的摩爾比為10∶1。

優選地，步驟(1)中，所述聚乙二醇的加入量為1/3～4/3mL，以每加入1g硫酸亞鐵計。

優選地，步驟(2)中，所述正硅酸乙酯的加入量為1/3～4/3mL，以每加入1g硫酸亞鐵計。

優選地，步驟(3)所述真空干燥的溫度為80℃，時間為12h。

本發明的優點和有益結果是：

(1)本發明采用正硅酸乙酯作為包覆材料，利用先合成后修飾的制備方法，將液相還原法與表面修飾相結合，在納米零價鐵合成的過程中進行同步修飾，使正硅酸乙酯水解產生的二氧化硅包覆在生成的納米零價鐵外層，達到穩定納米零價鐵的目的，同時可以改善納米零價鐵的表面疏水性能，使其更易同酯溶性難降解污染物接觸并發生還原作用將其降解。整個反應過程原料價格低、設備簡單、操作方便、工藝條件易于控制并且安全。