[發(fā)明專利]一種納米零價鐵-β沸石新型復(fù)合納米材料的制備方法及應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410326691.4
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104118920A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代朝猛;張亞雷;周哲;周雪飛
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/42;C02F1/62;B22F9/24
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用新型載基材料進行納米零價鐵改性的方法及應(yīng)用。?

背景技術(shù)

納米零價鐵作為一種環(huán)境納米材料，因其比表面積大、反應(yīng)活性高、去除污染物能力強等優(yōu)勢，在地下水等環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域取得了很廣泛的應(yīng)用。實驗室合成的納米零價鐵具有球形結(jié)構(gòu)，平均尺寸為60?nm，80%的顆粒尺寸在50—100?nm?之間。納米零價鐵具有核殼雙重結(jié)構(gòu)，核心是結(jié)實的零價鐵Fe0，呈金屬鐵體心立方晶體的擴散環(huán)結(jié)構(gòu)，周圍包覆一層較薄的氧化殼FeOOH，該殼厚度多為2—4nm。因磁性和靜電引力作用，納米零價鐵易形成鏈狀結(jié)構(gòu)，常呈典型簇狀，具有連續(xù)的氧化殼，但金屬核心被更薄的一層氧化膜相互隔離，且氧化層為非晶體態(tài)，這可能是因為納米零價鐵半徑小、氧化層曲率大、產(chǎn)生較大的張力妨礙晶體的生成所致。納米零價鐵的團聚行為嚴重影響了其對污染物的去除效率，成為納米零價鐵走向大規(guī)模實際應(yīng)用的掣肘，所以相關(guān)改性研究應(yīng)運而生。?

納米零價鐵的改性技術(shù)研究主要集中在抑制納米顆粒團聚、提高顆粒在環(huán)境中的遷移能力和增強納米零價鐵對環(huán)境污染物的去除效率等方面。綜合近幾年來的研究成果，將納米零價鐵顆粒負載到固體載體上可以增大納米顆粒的比表面積，抑制團聚的發(fā)生，或者在納米零價鐵顆粒表面包裹聚合高分子電解質(zhì)或表面活性劑，通過空間位阻或者靜電斥力也可有效減少納米顆粒團聚程度，增強納米零價鐵顆粒在水體或土壤中的流動性。這些工作的開展為納米零價鐵在環(huán)境修復(fù)中的推廣和應(yīng)用提供了豐富的理論基礎(chǔ)。?

負載技術(shù)一般是通過高溫煅燒或離子交換，將生成的納米零價鐵顆粒負載到固體載體上，這樣就能夠減少團聚，增強納米鐵在環(huán)境中的遷移能力，有利于對土壤、地下水及受污染河流的修復(fù)。同時很多固體載體具有很強的吸附能力，例如碳和硅的孔狀結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑺w中的污染物吸附在顆粒表面，從而加快反應(yīng)速率。硅是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定具有多孔結(jié)構(gòu)的環(huán)境友好材料，吸附能力強，將納米零價鐵顆粒負載到多孔硅上就可以在不減弱納米零價鐵活性的前提下減少金屬顆粒間的團聚，并增強納米顆粒在水體或土壤中的遷移能力。在納米零價鐵的制備過程中，通過納米雙金屬、固體載體負載或表面改性可以提高降解效率、抑制團聚，增強納米顆粒在環(huán)境中的遷移能力，同時也可改善納米零價鐵顆粒的粒徑，增大比表面積。但是每種修飾方法都存在著不足，納米雙金屬可以提高反應(yīng)速率和降解程度，但不能改善納米顆粒的團聚；將納米顆粒負載到固體載體上可以有效抑制團聚增大比表面積，但負載過程往往比較繁瑣。同時我們也應(yīng)注意到，納米零價鐵合成成本較高，通過廉價負載材料的引入可以降低單位重量材料的合成成本，如果復(fù)合材料的去除能力沒有太大的下降，那么整體核算下來在經(jīng)濟上還是較為可行的。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種納米零價鐵-β沸石新型復(fù)合納米材料的制備方法及應(yīng)用，所述新型負載型納米零價鐵，在降低納米功能材料合成成本的同時，提升其對重金屬污染物等的去除效果。?

本發(fā)明主要針對納米零價鐵材料因磁力和范德華力等作用導(dǎo)致的易團聚、擴散性能差等不足，通過將納米零價鐵負載到吸附能力和離子交換能力強、分散性能良好的β沸石上，以期改善其分散性能，提升污染物去除能力，提高材料中鐵的利用效率。本發(fā)明的離心步驟保證了制備的合成材料性質(zhì)的統(tǒng)一性。?

本發(fā)明提出的納米零價鐵-β沸石新型復(fù)合納米材料的制備方法，利用β沸石良好的離子交換和吸附能力，采用離子結(jié)合、液相還原的組合工藝來制備具有更好性能的納米零價鐵改性材料。具體步驟如下：?

(1)稱取無水三氯化鐵或硫酸亞鐵等含鐵鹽溶于適量水中，鐵離子濃度維持在5.6-16.8g/L，運用機械攪拌裝置充分攪拌，轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分-1000轉(zhuǎn)/分，時間15-45分鐘，使其完全溶解，溶液pH?維持在1.5-3.3之間；

(2)β-沸石取用前在60攝氏度條件下烘干12小時，并充分研磨至粉末狀態(tài)；稱取0.8-2?g?β-沸石并溶于10?mL?去離子水中，運用超聲波破碎儀進行分散，功頻率為12?KHz，時間為5分鐘，然后加入步驟（1）所得的溶液中；

(3)在常溫條件下，運用機械攪拌裝置對步驟(2)所得混合溶液進行充分攪拌，使其體系均勻、反應(yīng)充分，攪拌速率為600?轉(zhuǎn)/分-1000轉(zhuǎn)/分，時間16-20小時；攪拌過程中，在1小時、3小時、6小時、10小時分別進行超聲處理，功率為8?KHz，時間為5分鐘，使Fe³⁺與β沸石充分結(jié)合并均勻分布在β沸石表面；