[發(fā)明專利]一種改性納米鐵及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111252879A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳聽義
• 申請（專利權(quán)）人: 天津師范大學(xué)
• 主分類號: C02F1/58
• 分類號: C02F1/58;B82Y30/00;C02F101/20
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發(fā)明屬于材料改性領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種改性納米鐵。本發(fā)明通過硼氫化鈉將鐵離子還原成納米鐵，并利用金屬有機(jī)骨架對納米鐵進(jìn)行改性，克服了納米鐵在空氣中易團(tuán)聚的缺點，制備得到了改性納米鐵材料：MOFs?NZVI。本發(fā)明還提供了所述改性納米鐵的制備方法，本發(fā)明提供的制備方法簡單，能大批量的合成改性納米鐵。本發(fā)明還提供了所述改性納米鐵在去除釩中的應(yīng)用，為釩的去除帶來了新的方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料的改性技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改性納米鐵及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

釩是一種“鋼鐵工業(yè)添加劑”，能提高鋼的韌性和耐磨度，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、輪船、鐵路等領(lǐng)域，由于釩的化合物具有多種顏色，還被應(yīng)用于顏料、墨水等領(lǐng)域。我們在開采利用釩礦資源的同時也會造成一系列的環(huán)境污染問題，尤其是釩工業(yè)廢水的不合理排放，使我國水體中的釩含量嚴(yán)重超標(biāo)。據(jù)研究表明，長期飲用高釩水或長期暴露于高釩環(huán)境中，可能會引起咳嗽、惡心、頭暈、以及新陳代謝紊亂等癥狀，嚴(yán)重危害人體健康。我國2011年頒布的《釩工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定飲用水中含釩量的限值為0.05mg/L。

近年來，對于釩污染的治理、廢釩資源化提取的研究較多，主要包括化學(xué)、物理以及生物三大類去除釩的方法。化學(xué)沉淀法、電解法以及化學(xué)混凝吸附法是目前常用的化學(xué)方法。其中，化學(xué)沉淀是應(yīng)用范圍最廣泛的方法之一，通常以硫酸亞鐵銨、銨鹽、鐵屑等作沉淀劑。物理方法主要包括吸附、離子交換、溶劑萃取等，主要利用釩離子的存在形態(tài)、溶解度等物理性質(zhì)，以達(dá)到去除的目的。生物法主要是通過水體中的部分生物、微生物有機(jī)體或其代謝產(chǎn)物與廢水中的釩離子相互作用，最終達(dá)到清除釩的目的。但是常用的方法對釩的去除效果都不是很理想。因此，尋找一種高效快速去除水體中的釩是目前水環(huán)境治理與修復(fù)領(lǐng)域急需解決的問題。

納米零價鐵(NZVI)作為一種新型的納米材料，具有粒徑小、比表面積大，反應(yīng)活性高等特點，目前已被廣泛應(yīng)用于重金屬去除領(lǐng)域，對鉻、鎘、鉛、砷等多種重金屬都具有良好的去除效果，但單獨的納米零價鐵無法去除釩，并且納米零價鐵在空氣中存在易氧化、易團(tuán)聚，易自燃等缺點，因此有必要研發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、高效的改性納米零價鐵材料，以提高納米零價鐵在實際水處理技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

金屬有機(jī)骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一種新型的、穩(wěn)定的多孔材料。具有孔隙率高，比表面積大，孔徑可調(diào)節(jié)等特點，且能都抵抗多種化學(xué)藥品，在高溫、高壓條件下依然能夠保持穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種改性納米零價鐵并應(yīng)用在釩的去除中。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種改性納米鐵的制備方法，包含如下步驟：

(1)將鐵源和混合溶劑乙醇水溶液混合，獲得鐵溶液；所述鐵源包含二價鐵化合物和/或三價鐵化合物；

(2)在保護(hù)氣氛下，將MOFs材料、鐵溶液和硼氫化鈉溶液混合，進(jìn)行改性反應(yīng)，得到改性納米鐵。

作為優(yōu)選，所述步驟(1)中的乙醇水溶液由無水乙醇和水混合得到，所述水和無水乙醇的體積比為1：7～9。

作為優(yōu)選，所述步驟(1)中乙醇水溶液和鐵源的用量比為1mL：(0.001～0.005)g。

作為優(yōu)選，所述步驟(2)中MOFs材料為UiO系列、ZIF系列或PCN系列中的一種，所述硼氫化鈉溶液的溶劑為水。

作為優(yōu)選，所述鐵源和MOFs材料的質(zhì)量比為1：0.1～0.6，所述鐵源和硼氫化鈉的質(zhì)量比為1：0.8～1.54，所述硼氫化鈉溶液中水和硼氫化鈉的用量比為1mL：(0.001～0.006)g。