[發明專利]一種銅鐵碳納米凝膠小球的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010028298.2
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111151226B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 許銀;張思思;朱潤良;韓春江
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/38;C02F103/06
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明提供一種原位合成銅鐵碳納米凝膠小球的方法，包括以下步驟：步驟A、制備零價銅鐵的碳納米材料：將吸附了有機物的銅鐵層狀雙金屬氫氧化物在保護性氣體的保護下進行焙燒，得到零價銅鐵的碳納米材料；步驟B、制備銅鐵碳納米凝膠小球：將步驟A制備的零價銅鐵的碳納米材料與海泡石和海藻酸鈉混合后，在交聯劑溶液中交聯固化，得到銅鐵碳納米凝膠小球。本發明的銅鐵碳納米凝膠小球能用于地下水修復，克服了零價鐵粉末在裝置中團聚失活造成裝置堵塞的問題。同時碳材料的引入，可增加小球的孔隙率，有利于傳質過程，且能增加小球的機械強度，降低二次污染。將海泡石引入凝膠小球中可提高小球的吸附性能及對污染物的去除率。

技術領域

本發明屬于銅鐵碳納米材料及生物材料包埋的制備工藝技術，具體涉及到一種原位合成銅鐵碳納米凝膠小球的方法。

背景技術

納米零價鐵(ZVI)顆粒因其還原電勢高、反應效率高及滲透性高的特點，近年來被廣泛應用于地下水中有機和無機污染物的原位修復。然而對于其本身具有易團聚失活、對pH敏感的局限，單獨納米零價鐵用于地下水污染修復會降低其電子利用率且會造成環境的二次污染。為了解決這些問題，在零價鐵表面負載適量的銅是一種有效的解決辦法。銅鐵之間由于更大的電勢差(0.78V)可通過形成原電池加速鐵的溶解，另一方面負載的銅能有效的抑制鐵的表面氧化。但負載了銅的零價鐵納米材料依然尺寸極小，極易受到外界環境的沖擊而造成大量的流失。

例如，專利文獻CN201510534820.3公開了一種納米零價鐵銅雙金屬顆粒的制備方法及用途。在一個實施例中，制備方法包括以下步驟：將鐵鹽和銅鹽按摩爾比為3～10：1加入三口燒瓶：取50mL～100mL的乙醇溶液加入三口燒瓶，20℃～60℃水浴攪拌10～30min；將硼氫化鹽溶液加入三口燒瓶中，攪拌10～40min后，抽濾得到沉淀物；將沉淀物分別用無水乙醇和丙酮清洗后抽濾，放入真空干燥箱25℃～80℃條件下干燥1h～24h，得到納米零價鐵銅雙金屬顆粒。該專利得到的納米零價鐵銅雙金屬顆粒在用于廢水處理時同樣極易受到外界環境的沖擊而造成大量的流失，還會造成二次污染問題，并不方便實際運用。

因此，本領域需要一種新的方法來解決納米零價鐵銅雙金屬顆粒在用于廢水處理時容易造成大量流失的問題。

發明內容

因此，本發明提供一種銅鐵碳納米凝膠小球及其制備方法，以解決納米零價鐵銅雙金屬顆粒在用于廢水處理時容易造成大量流失的問題。

具體地，本發明提供了一種銅鐵碳納米凝膠小球的制備方法，所述方法包括：

步驟A、制備零價銅鐵的碳納米材料：將吸附了有機物的銅鐵層狀雙金屬氫氧化物在保護性氣體的保護下和在溫度為700～1000℃的條件下進行焙燒，得到零價銅鐵的碳納米材料，所述保護性氣體包括氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣中至少一種；焙燒溫度優選750～850℃；

步驟B、制備銅鐵碳納米凝膠小球：將步驟A制備的零價銅鐵的碳納米材料與海泡石和海藻酸鈉混合后，在交聯劑溶液中交聯固化，得到銅鐵碳納米凝膠小球。

在一種具體的實施方式中，在步驟A之前還包括制備吸附了有機物的銅鐵層狀雙金屬氫氧化物的步驟，具體包括步驟M和步驟N，

步驟M、制備銅鐵層狀雙金屬氫氧化物：將含Cu²⁺和Fe³⁺的溶液與堿溶液同時滴加至水中進行共沉淀反應，且利用隔離氣體隔離空氣中的CO₂，得到銅鐵層狀雙金屬氫氧化物；

步驟N、吸附有機物：將步驟M中制備得到的銅鐵層狀雙金屬氫氧化物置于含有機物的水中吸附有機物得到所述吸附了有機物的銅鐵層狀雙金屬氫氧化物。

在一種具體的實施方式中，步驟M中共沉淀反應的溫度為60～80℃，共沉淀反應時溶液pH值為5±0.5。

在一種具體的實施方式中，銅鐵層狀雙金屬氫氧化物上吸附的有機物包括橙黃II。