[發明專利]以蒙脫石為載體的納米零價鐵及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210447511.9
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102923835A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 江鴻;張園園
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C02F1/70
• 分類號: C02F1/70;C02F1/28;C02F1/58;C02F1/62
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 馬佑平

技術領域

本發明涉及納米材料領域，特別涉及一種以蒙脫石為載體的納米零價鐵，及其制備方法和應用。

背景技術

納米零價鐵因其還原能力強，原料廉價易得，在使用中不易導致二次污染，并且有高效去除底泥或水體中的污染物如含鹵代有機物、硝基芳香化合物和重金屬離子等的優點，在廢水處理領域有較大的應用前景。

但納米零價鐵在實際應用中仍有較多限制，主要體現在：納米零價鐵顆粒在溶液中容易發生團聚，從而大大降低了其反應活性及利用效率；納米零價鐵的活性高，其會和水中的氧氣及水反應，從而降低了目標污染物的去除率；納米零價鐵在酸性條件下活性提高，但在實際應用中酸性條件會腐蝕設備；納米零價鐵在水溶液中難以回收。

在中國發明專利申請公開說明書201110158838.X中公開了一種制備蒙脫石原位插層式納米零價鐵的方法，先制備出Fe³⁺飽和的蒙脫石，然后用HCl進行酸處理，最后用KBH₄處理酸處理后的Fe³⁺飽和的蒙脫石，獲得的蒙脫石負載零價鐵復合材料中零價鐵處于蒙脫石層間。其以Fe³⁺飽和的蒙脫石為載體，防止了納米零價鐵的團聚，保護了零價鐵避免被氧化。

現有技術存在的缺點是：蒙脫石原位插層式納米零價鐵復合材料中零價鐵僅處于蒙脫石層間，蒙脫石層狀表面沒有得到充分利用，蒙脫石層狀表面也是零價鐵理想的模板，但在上述專利中納米零價鐵處于占蒙脫石一小部分的層間，占大部分比例的表面沒得到充分利用；納米零價鐵在Fe³⁺飽和的蒙脫石中還是有部分團聚，從而降低了其反應活性及利用效率。

發明內容

本發明是為了克服上述現有技術存在的缺點提出的，其所解決的技術問題是提供一種能夠充分利用蒙脫石層間及表面空間，并且納米零價鐵團聚低的以蒙脫石為載體的納米零價鐵的制備方法，以及用這種方法制備的以蒙脫石為載體的納米零價鐵及其應用。

為此，本發明提供了一種以蒙脫石為載體的納米零價鐵的制備方法，其包括如下步驟：

（1）將七水合硫酸亞鐵溶解，按比例將可溶性淀粉及蒙脫石顆粒加入七水合硫酸亞鐵溶液中，得到混合液；

（2）將步驟（1）中得到的混合液超聲后攪拌，得到前驅液；

（3）將步驟（2）中得到的前驅液在持續攪拌的條件下按比例加入硼氫化鈉或硼氫化鉀溶液，繼續攪拌一段時間，再進行固液分離，獲得的固體即為以蒙脫石為載體的納米零價鐵。

優選地，步驟（1）中所述七水合硫酸亞鐵溶液的濃度為0.70～0.74mol／L，所述七水合硫酸亞鐵、可溶性淀粉和蒙脫石的質量比為25～30:1:4～9。

優選地，步驟（1）中還可以在所述七水合硫酸亞鐵溶液中加入無水乙醇，所述無水乙醇和所述七水合硫酸亞鐵溶液的體積比為1:1～3。

優選地，步驟（2）中所述超聲的功率為200～300W，所述超聲的時間為10～15min；所述攪拌的速率為1000～1100r/min，所述攪拌的時間為4.5～5.5h。

優選地，步驟（2）在攪拌的同時以0.5～0.8mL/min往所述混合液中通入惰性氣體。

優選地，步驟（3）中所述硼氫化鈉或硼氫化鉀溶液的濃度為2.1～2.5mol／L，加入的速率為0.003～0.007mL/s，所述硼氫化鈉或硼氫化鉀溶液中的硼酸根和七水合硫酸亞鐵的物質的量比為2.5～4:1。

優選地，步驟（3）中所述攪拌的速率為1000～1100r／min，所述時間為0.5～1.5h，且在攪拌同時以0.5～0.8mL/min往所述前驅液中通入惰性氣體。

優選地，步驟（1）中所述蒙脫石顆粒還可以為鉀飽和蒙脫石顆粒，所述鉀飽和蒙脫石顆粒的制備方法如下：

將氯化鉀溶液和蒙脫石顆?；旌虾笤谡袷幭渲幸?75～185rmp搖勻混合9～10h后進行離心，傾倒出上層清液，取出下層固體顆粒；

在所述下層固體顆粒中再加入氯化鉀溶液并重復以上步驟3～4次，得到預鉀飽和蒙脫石；

將所述預鉀飽和蒙脫石和去離子水混合后在振蕩箱中以175～185rmp搖勻混合9～10h后進行離心，反復清洗至用硝酸銀溶液檢測不出含有氯離子后進行冷凍干燥，即得到鉀飽和蒙脫石顆粒。

本發明進一步提供了由上述方法制備的以蒙脫石為載體的納米零價鐵，所述納米零價鐵具有單分散的球狀或橢球狀形貌，所述納米粒子的平均粒徑為50～150nm。

本發明還提供了上述以蒙脫石為載體的納米零價鐵在處理含六價鉻的廢水中的應用。