[發明專利]分散劑修飾改性納米鐵顆粒的制備方法

無效

• 申請號: 201210058806.7
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102614918A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 王向宇;祝敏平;李芳
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J31/02;B01J23/745;B01J23/89;B01J23/80;B01J23/755;B01J35/10;C02F1/70;C02F101/36
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技術領域

本發明涉及一種分散劑修飾改性的納米鐵顆粒的制備方法，屬于納米材料及水污染控制技術領域。

背景技術

氯代有機物是指脂肪烴、芳香烴及其衍生物的分子結構中一個或多個氫被氯取代后的產物，具有高揮發性和類脂物可溶性等特點，易通過食入、吸入、經皮吸收等方式而在生物體內積累，從而產生致畸、致癌、致突變的“三致效應”，對環境和健康的潛在風險極大，已經成為當前研究的熱點問題之一。

傳統的污染治理方法有物理法、生物法及化學法。其中，化學還原法特別是零價鐵還原法自二十世紀八十年代被發現應用以來，逐漸取代了傳統的污染治理技術，并在Muftikian證明鈀的加入可大大促進處理體系的脫氯速率后?(Muftikian等，Water?Research,?1995,?29?(10):?2434-2439)，立刻在國際上掀起了以鐵基納米雙金屬顆粒(如Pd/Fe、Ni/Fe、Cu/Fe等)為催化還原劑，尋求綠色環保、經濟高效的還原脫氯方法的研究熱潮，已經取得了顯著進展。但納米鐵顆粒由于范德華力和自身磁力的作用，同時顆粒間存在保持最有利的熱力學穩定狀態的趨勢，使得新合成的納米鐵顆粒易被氧化，且團聚現象嚴重，應用于原位修復則表現為易于吸附在土壤或沉積物的表面，傳輸性和穩定性差。

近年來，相關領域研究人員嘗試了各種方法對納米鐵進行改性，包括了以微波輻射，機械攪拌以及超聲協同為主的物理輔助法、以表面活性劑、聚合物、有機溶劑為主的化學添加劑法以及以天然的或人工合成的有機無機材料為載體的負載固定法等，取得了一定的成效，但基于目前的研究成果，還沒有一種確定成型的方法能夠持續高效地降解氯代有機物，改性材料對納米鐵降解氯代有機物體系的作用及其環境行為、生物毒性、生態風險等方面尚存在爭議，主要表現為：

(1)?物理輔助法雖能通過增強或減弱體系的某些效應，在一定程度上達到強化傳質和表面反應、改善體系降解效果的目的，但其操作復雜成本高，對硬件設施的要求高，很難應用于大規模的生產實踐，也不能適應對土壤，地下水的原位修復的要求。

(2)?表面活性劑在增強納米鐵對氯代有機物去除效率方面的應用多是在納米顆粒降解目標污染物的體系中加入表面活性劑，利用其降低固液界面的表面能，增強納米顆粒的表面吸引力，從而增強其對目標污染物的吸附性，提高體系的脫氯效率。其局限性在于：一方面，表面活性劑的種類眾多，它們對脫氯體系的促進或抑制作用尚存在爭議；另一方面，目前的應用未充分利用表面活性劑控制納米顆粒的尺寸以及分散穩定性。

(3)?聚合物如聚乙二醇、聚丙烯酸、羧甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮等對減小納米鈀/鐵雙金屬顆粒的尺寸，增強其分散穩定性方面起到了重要的作用，但聚合物的改性納米顆粒時的濃度劑量，聚合物的存在形態、合成方式的復雜程度等成為了該技術應用的壁壘之一。

(4)?負載固定法能夠有效地控制納米顆粒的尺寸，并能保持一定的分散穩定性，但載體材料的選擇及其本身的親水化改性，再生等還存在較大問題，且負載固定改性的納米鐵顆粒應用于土壤或地下水的原位修復時還會遇到水力傳導率低，傳輸性差等問題，使得這一改性方法難以推廣應用。

公開號CN101579745A公開了以十六烷基溴化銨為表面活性劑，正丁醇為助表面活性劑，異辛烷為油相，以硫酸亞鐵和硼氫化鉀水溶液為水相配置微乳液，在微乳液中以偶氮二異丁腈為引發劑，引發單體甲基丙烯酸甲酯原位聚合生成PMMA，制備出高分子包覆層的納米鐵，增加其在空氣中的穩定性。但該方法制備過程必須通過原位聚合才能實現PMMA對納米鐵的改性。

本發明所述分散劑改性納米鐵顆粒還原去除水中氯代有機物的方法致力于克服以上述方法的缺陷，旨在利用分散劑直接對水性介質中的納米鐵進行分散改性，使其在實現納米顆粒分散穩定的基礎上，進一步減小粒徑，提高對水中氯代有機物的降解效率，以尋求一種工藝簡單、經濟高效，并易于工程廣泛實施和推廣應用的分散劑改性納米鐵顆粒的制備方法。

發明內容

本發明提供了一種分散劑修飾改性納米鐵顆粒的制備方法，該方法采用液相還原法，將聚合物、陽離子表面活性劑或陰離子高分子電解質作為分散劑，在納米鐵顆粒制備過程中對顆粒進行表面修飾改性，從而減少其在水性介質中的硬團聚，增加其分散度，制得分散劑改性納米鐵顆粒。

本發明按如下具體步驟完成：

(1)?配制一定濃度的分散劑溶液；將分散劑溶液與濃度為0.1-0.15mol/L的FeSO₄溶液混合并攪拌均勻，其中分散劑溶液與FeSO₄溶液的體積比為1:?20-1:?25；