[發(fā)明專利]利用聚乙烯吡咯烷酮改進(jìn)液相還原法制備納米零價(jià)鐵粒子的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510977390.2
• 申請(qǐng)日: 2015-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105562706A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)麗君;何陳;李堤;劉茉莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/24
• 分類號(hào): B22F9/24;B22F1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米零價(jià)鐵粒子的制備方法，更具體的說(shuō)是一種利用聚乙烯吡咯 烷酮改進(jìn)液相還原法制備納米零價(jià)鐵粒子的方法。

背景技術(shù)

納米零價(jià)鐵電負(fù)性較大，具有較強(qiáng)的還原性。利用它來(lái)處理土壤中的六價(jià)鉻，可以 起到還原作用，使六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻。

目前納米鐵顆粒的制備方法主要包括氣相方法，液相方法和固相方法。

氣相方法對(duì)設(shè)備要求較高，設(shè)備昂貴，同時(shí)一般要求高溫高壓，操作不安全，因此 很難在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。固相制備方法制備過(guò)程中顆粒的粒徑不好控制， 且很容易發(fā)生氧化或引入雜質(zhì)等問(wèn)題，且球磨機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有許多易磨損部件；深度塑性變 形法制備的納米鐵顆粒純度低，粒徑范圍不好控制；固相還原法容易發(fā)生團(tuán)聚，粒徑分布不 均勻等。

液相制備法主要包括液相還原法、微乳液法、沉淀法、溶膠一凝膠法、電化學(xué)方法。 總之：液相還原法原理簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)成本低等，但是也存在粒徑分布不 均勻，容易發(fā)生團(tuán)聚等缺陷；微乳液法粒徑小，分布均勻，易實(shí)現(xiàn)高純化，但是成本相對(duì)較 高，工藝較為復(fù)雜；沉淀法反應(yīng)溫度低，操作簡(jiǎn)單，成本低，顆粒較均勻；但是沉淀呈凝膠狀， 難于水洗和過(guò)濾;沉淀劑作為雜質(zhì)混入粉料，純度低。溶膠一凝膠法化學(xué)均勻性好，不易引 入雜質(zhì)，合成溫度低，成份容易控制；但是原材料價(jià)格昂貴，烘干后的凝膠顆粒物燒結(jié)性不 好，干燥時(shí)收縮大。電化學(xué)方法設(shè)備簡(jiǎn)單，密度高，反應(yīng)溫度低，成本低等；但是易引入微米 級(jí)大小的顆粒，沉積也不均勻。

液相還原法因其原理簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用廣泛。但是 液相還原法最大的缺點(diǎn)是粒徑分布不均勻，容易發(fā)生團(tuán)聚，因此必須通過(guò)添加一定的分散 劑來(lái)克服這一缺陷。同時(shí)，因?yàn)殍F顆粒在空氣中很容易發(fā)生氧化而生成氧化鐵，因此所搜索 文獻(xiàn)中的所有操作工藝均是在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍中，將NaBH₄或KBH₄逐滴的添加到Fe²⁺或Fe³⁺的 金屬鹽溶液中。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)：在制備過(guò)程中，氮?dú)獗Ｗo(hù)較難控制，逐滴添加的操作工 藝延長(zhǎng)了反應(yīng)時(shí)間，而使得過(guò)程中生成的鐵顆粒容易發(fā)生氧化，從而導(dǎo)致最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 失敗。

聚乙烯毗咯烷酮(PVP)是一種水溶性的高分子精細(xì)化學(xué)品，由于它具有優(yōu)異的溶 解性，成膜性，分散穩(wěn)定性，生理相容性等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥衛(wèi)生，日用化工，辦公用品，紡織印染 工業(yè)等重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可用作顏料、印刷、墨水、紡織印染、彩色顯像管中的表面 包覆劑、分散劑、增稠劑和豁合劑，并可改進(jìn)粘結(jié)劑對(duì)金屬、玻璃、塑料等材料的粘結(jié)性能。 另外，在分離膜、醫(yī)用高分子材料、光固樹脂、光固涂料、光導(dǎo)纖維、激光視盤等新興高科技 領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。

文獻(xiàn)搜索的結(jié)果表明：在本發(fā)明完成之前，有通過(guò)添加高分子分散劑聚乙烯毗咯 烷酮(PVP)制備納米零價(jià)鐵，但未發(fā)現(xiàn)在納米零價(jià)鐵制備過(guò)程中加入乙醇對(duì)其改性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種利用聚乙烯吡咯烷酮改 進(jìn)液相還原法制備納米零價(jià)鐵粒子的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的原理為：溶液中的金屬鐵鹽(主要是Fe()的硫酸鹽)在強(qiáng)還原劑(NaBH4)的作用下，還原為單質(zhì)金屬鐵粒子。

對(duì)于Fe(II):Fe²⁺+2BH₄^-+6H₂O→Fe+2B(OH)₃+7H₂

根據(jù)上述反應(yīng)機(jī)理，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

一種利用聚乙烯吡咯烷酮改進(jìn)液相還原法制備納米零價(jià)鐵粒子的方法，其特征在于該 方法的具體步驟為：

a.配制濃度為0.01～0.05M的可溶性鐵鹽水溶液，并加入聚乙烯吡咯烷酮，得混合 均勻的混合溶液；所述的可溶性鐵鹽與聚乙烯吡咯烷酮的1：2～1：6；所述的混合溶液與乙 醇的體積比為1：1～5：1；

b.配制濃度為0.02～0.06M的NaBH₄水溶液，攪拌下，將NaBH₄水溶液添加至步驟a所 得溶液中，使得Fe²⁺:BH₄^-的摩爾比為：1：2～1：6，繼續(xù)攪拌待溶液變?yōu)楹谏珪r(shí)停止；