[發明專利]一種自擴散納米鐵復合材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201910936355.4
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110642390B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 楊文杰;續衍雪;馬樂寬;趙越;王東
• 申請（專利權）人: 生態環境部環境規劃院
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F103/06;C02F101/22
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種自擴散納米鐵復合材料及其制備方法和用途，本發明所述自擴散納米鐵復合材料中固定有高壓惰性氣體，所述自擴散納米鐵復合材料在水中溶解后，釋放出惰性氣體，產生推力，提高自擴散納米鐵復合材料的擴散能力，從而擴大其在水體中降解污染物的范圍；且糖類組分的存在阻止了納米鐵的團聚和氧化，溶解的糖類組分還能為微生物提供了碳源，有利于強化微生物對目標污染物的降解能力。

技術領域

本發明涉及納米鐵材料領域，尤其涉及一種自擴散納米鐵復合材料及其制備方法和用途。

背景技術

作為人們生存和發展的重要資源，地下水污染已經成為我國生態環境與人類健康面臨的首要環境問題之一，愈發受到人們的重視。相較于地表水，地下水污染往往發生在流動性地下含水層，不易被察覺，長期存在的污染物會促使污染羽不斷地擴大；另外，由于人類活動的多樣性，含水層一旦污染往往伴隨著多種形式的復合污染，導致地下水污染面臨治理難、成本高的困境。目前國內外常見的地下水污水修復方法主要有物理法、化學法和生物法三大類。其中，納米鐵得益于其納米級粒徑，強還原能力與廣泛的修復性能(適用于多種有機、重金屬污染物)，被廣泛應用于地下水污染修復，并已經成為世界范圍內土壤與地下水修復中應用最廣泛的納米材料。

納米鐵顆粒在地下水原位修復過程中，其在地下多孔介質中的遷移距離與遷移到目標污染區域的納米鐵活性直接決定了原位修復的效果。但在實際應用中，納米鐵的遷移性和穩定性表現均不理想。未修飾的納米鐵顆粒易團聚、氧化，在大多數地下水修復案例中的遷移距離只有幾厘米，表面形成鐵(氫)氧化物的殼層使其反應活性下降甚至喪失，致使修復壽命受限，研究表明納米鐵在實際修復中還原能力僅能保持幾天到數周。因此，擴大納米鐵在現場修復過程中的移動距離并延長其還原壽命對解決地下水中有機或重金屬污染具有重要現實意義。

目前現場修復中常用的方法是通過瓜爾豆膠、羧甲基纖維素、聚丙烯酸等進行表面修飾，使納米鐵顆粒間的空間斥力與空間位阻增大，勢壘增強，形成穩定性較強的顆粒，進而大大減弱了納米鐵的團聚作用。但上述改性后的納米鐵注入地下含水層時，納米鐵仍舊會在重力作用下優先向下沉降遷移，水平方向遷移量有限，導致納米鐵的修復范圍減小。此外，納米鐵會繞過滲透性差的含水層區域，優先通過滲透性好的含水層，即產生優先流，從而導致修復不徹底的現象出現。

CN107199013A公開了一種磁性生物炭載納米鐵的制備方法，包括：(1)改性生物炭；(2)超聲浸漬法負載鐵鹽；(3)包覆茶多酚；(4)液相還原法制備生物炭載納米鐵；(5)磁選法分理出磁性生物炭載納米鐵，此方案存在著制備得到的磁性生物炭載納米鐵在水中的擴散能力差的問題。

CN107456997A公開了一種用于工業用水除氧的納米鐵-鈀樹脂，由樹脂載體和負載于樹脂上的納米活性金屬鈀和鐵組成，金屬鈀的重量百分含量為0.2-1％，金屬鐵的百分含量為0.1-0.5％，所述樹脂為陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂或吸附樹脂，樹脂粒度為0.5-2mm，此方案所述納米鐵-鈀樹脂材料也存在水中擴散能力差的問題。

上述修飾手段的主要問題在于納米鐵在水體中所有移動過程都是“被動”進行的，不具備“主動”移動能力，從而限制了其移動性能，其中所述“主動”指材料能依靠自身發生物理或化學變化，驅動材料移動，因此開發一種在水體中具有“主動”移動能力的自擴散納米鐵復合材料及其制備方法仍具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自擴散納米鐵復合材料及其制備方法和用途，本發明所述自擴散納米鐵復合材料中固定有高壓惰性氣體，所述自擴散納米鐵復合材料在水中溶解后，釋放出惰性氣體，產生推力，提高自擴散納米鐵復合材料的擴散能力，從而擴大其在水體中降解污染物的范圍；且糖類組分的存在阻止了納米鐵的團聚和氧化，溶解的糖類組分能夠為微生物提供了碳源，有利于強化微生物對目標污染物的降解能力。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：