[發(fā)明專利]一種包覆型納米零價(jià)鐵材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN108689472B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉巖;胡弈博
• 申請（專利權(quán)）人: 香港大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/70
• 分類號(hào): C02F1/70;C02F103/06
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅;趙巖

本發(fā)明提供一種包覆型納米零價(jià)鐵材料及其制備方法和應(yīng)用，該材料以納米零價(jià)鐵為核心，在其表面包覆有氫氧化鎂納米顆粒。本發(fā)明制備方法操作簡單，成本低，不產(chǎn)生二次污染，修飾后的納米零價(jià)鐵在水溶液中的懸浮穩(wěn)定性、抗氧化性和在多孔介質(zhì)中的穿透性都有顯著提升。在反應(yīng)器中處理廢液時(shí)，可通過簡單的預(yù)處理過程控制氫氧化鎂包覆納米零價(jià)鐵中零價(jià)鐵反應(yīng)活性的釋放；在原位修復(fù)處理地下水時(shí)，氫氧化鎂包覆層可顯著提升納米零價(jià)鐵對(duì)污染物的處理效果，延長納米零價(jià)鐵的使用壽命，提高了運(yùn)用納米零價(jià)鐵于環(huán)境修復(fù)的可行性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米材料及其制備方法及其在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用，尤其涉及以納米零價(jià)鐵顆粒為核心的包覆型環(huán)境納米材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

納米零價(jià)鐵的高比表面積使其具有高反應(yīng)活性，應(yīng)用于地下水修復(fù)時(shí)，可快速去除環(huán)境中的六價(jià)鉻、砷、氯代烴和硝基苯酚等污染物，相對(duì)于微米和普通零價(jià)鐵粉有更好的市場前景。但是，零價(jià)鐵的高磁性導(dǎo)致其納米顆粒容易形成尺寸更大的團(tuán)聚物。團(tuán)聚物由于重力沉降和土壤吸附作用，難以隨地下水遷移滲透至更廣的區(qū)域。納米零價(jià)鐵的聚合也減少了表面活性位點(diǎn)，降低了去除污染物的能力。另外，由于納米零價(jià)鐵的高活性，其表面在空氣與水環(huán)境中容易被氧化腐蝕，形成鈍化的氧化鐵表面，從而大大降低使反應(yīng)速率。即使在厭氧的水環(huán)境中，納米零價(jià)鐵也會(huì)被氫離子氧化，產(chǎn)生氫氣和亞鐵離子。

目前針對(duì)納米零價(jià)鐵團(tuán)聚的局限性，主要的解決辦法包括：在有機(jī)高分子表面活性劑的溶液中合成納米零價(jià)鐵，如羧甲基纖維素[Trishikhi Raychoudhury,etc.Journalof Contaminant Hydrology,2010,25,143-151.]，使納米零價(jià)鐵表面攜帶具有大量帶電基團(tuán)的多聚物；或在具有高表面電荷的無機(jī)納米顆粒的懸濁液中合成納米零價(jià)鐵，如二氧化硅Yongchao Li,etc.Journal of Environmental Sciences,2011,23,1211-1218]，使納米零價(jià)鐵在形成的過程中負(fù)載于其它納米顆粒的表面，防止進(jìn)一步團(tuán)聚。

然而，這些方法要消耗大量的修飾材料來提供足夠的經(jīng)靜電斥力來保證磁性零價(jià)鐵在水中處于懸浮狀態(tài)。這不僅增加使用納米零價(jià)鐵處理地下水污染的成本，而且會(huì)給地下水的環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)帶來潛在的二次污染。此外，目前的一些修飾材料雖然可以在一定程度上減緩零價(jià)鐵被氧化腐蝕的速度，如零價(jià)鐵表面吸附有機(jī)高分子表面活性劑，但無法根本解決實(shí)際應(yīng)用中零價(jià)鐵表面活性損失的問題，無法達(dá)到延長零價(jià)鐵使用壽命的目的。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種納米零價(jià)鐵的修飾方法，同時(shí)解決納米零價(jià)鐵在環(huán)境應(yīng)用時(shí)的團(tuán)聚和氧化腐蝕等問題。

本發(fā)明提供了一種包覆型納米零價(jià)鐵材料，該材料以納米零價(jià)鐵為核心，在其表面包覆有氫氧化鎂納米顆粒。

根據(jù)本發(fā)明提供的包覆型納米零價(jià)鐵材料，其中，所述納米零價(jià)鐵的粒徑可以為10～200nm，優(yōu)選為50～100nm。

根據(jù)本發(fā)明提供的包覆型納米零價(jià)鐵材料，其中，所述氫氧化鎂納米顆粒的粒徑可以為700～1700nm，優(yōu)選為900～1500nm。

在本發(fā)明提供的包覆型納米零價(jià)鐵材料中，所述氫氧化鎂納米顆粒與納米零價(jià)鐵的重量比可以為0.25～2.5:1(約相當(dāng)于鎂質(zhì)量與鐵質(zhì)量的比為0.1～1:1)，優(yōu)選為0.5～2.0:1。

本發(fā)明還提供了上述包覆型納米零價(jià)鐵材料的制備方法，該方法包括如下步驟：

(1)在惰性氣氛中，使用超聲將納米零價(jià)鐵顆粒均勻分散于無水醇中，得到納米零價(jià)鐵懸濁液；

(2)向步驟(1)得到的懸濁液中加入MgCl₂的無水醇溶液；

(3)在持續(xù)超聲和惰性氣氛中，向步驟(2)得到的溶液中加入NaOH的無水醇溶液，繼續(xù)超聲，使Mg(OH)₂沉淀完全并穩(wěn)定地包覆在納米零價(jià)鐵表面，得到包覆型納米零價(jià)鐵懸濁液；