[發明專利]一種改性納米零價鐵及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210870230.8
• 申請日: 2022-07-22
• 公開（公告）號: CN115193426B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 鄧圣;楊昱;姜永海;席北斗;韓旭;鞠天宇;肖翰;夏甫;吳叔璇
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;C02F1/28;B01J20/26;B01J20/02;C08G73/06;C02F101/22;C02F101/20;C02F101/10;C02F103/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 郭寶煊

本發明屬于環境修復技術領域，尤其涉及一種改性納米零價鐵及其制備方法和應用。改性納米零價鐵的制備方法，包括以下步驟：步驟S1、將納米零價鐵、穩定劑、氧化劑混合，在惰性氛圍下攪拌，得到聚合前驅溶液；步驟S2、將吡咯滴加入步驟S1制得聚合前驅溶液中，保持惰性氣體氛圍聚合反應，冷卻，抽濾真空干燥，得到改性納米零價鐵。本發明的改性納米零價鐵的制備方法，將納米零價鐵、穩定劑和氧化劑制備成聚合前驅溶液，加入吡咯聚合得到包覆均勻的改性納米零價鐵，形成全面的機械支撐，不僅能有效改善nZVI易氧化特性，提高結構穩定，還能促進其與(類)重金屬離子或放射性元素的反應活性，拓展nZVI在地下水環境修復中的應用。

技術領域

本發明屬于環境修復技術領域，尤其涉及一種改性納米零價鐵及其制備方法和應用。

背景技術

我國經濟高速發展帶動生活水平的提高并推進工業化程度，城市工業廢水和生活污水排放量增加，大量(類)重金屬和放射性元素如鉻(Cr⁶⁺)、砷(As⁵⁺)和鈾(U⁶⁺)被排放到自然界中，給環境和生態帶來了沉重的負擔和嚴重的危機。重金屬污染由于其高毒性、持久性、難降解等特點，一旦通過食物鏈進入人體，就會在活體組織中積累，從而引發各種疾病，危害人類健康。為了能有效降低(類)重金屬離子及放射性元素給生態環境和人類健康造成的破壞，眾多環境工作者正在探尋無害化、減量化、資源化的有害金屬離子的處理技術，不斷研發經濟高效、環境友好、適用范圍廣的放射性元素或重金屬離子處理材料。

近年來發展出多種(類)重金屬離子及放射性元素修復技術，包括吸附法、離子交換法、膜過濾、電滲析、反滲透、氧化還原、超濾和光催化等。隨著材料技術的發展，材料的種類逐漸增加，可用于去除金屬離子的材料也越來越多，這對水體中放射性元素和重金屬離子的處理起到了極大的促進作用。納米零價鐵(nZVI)具有較高比表面積、高反應活性并且經濟適用，在廢水處理和地下水修復等方面具有潛在優勢。nZVI可通過吸附、還原、絡合、沉淀等過程高效去除水體中(類)重金屬離子及放射性元素。然而nZVI在制備和存儲過程中不可避免地會形成表面氧化層，使其在污染物去除中產生“遲滯效應”，反應能力隨反應時間延長而降低。為提升nZVI的應用性，需調控其表面化學性質，改善零價鐵穩定性和分散性，強化對污染物的反應活性。

nZVI表面功能化材料包括碳材料、聚合物、金屬有機框架材料和氧化物等，但這些材料通常僅是作為nZVI載體來改善材料的分散性和穩定性，但對污染物的去除沒有直接的增強作用，并且存在制備過程復雜，單一機械支撐不能充分穩定被分散的零價鐵可能導致脫落或再氧化失活的情況。因此，亟需一種解決上述問題的技術方案。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種改性納米零價鐵的制備方法，將納米零價鐵、穩定劑和氧化劑制備成聚合前驅溶液，再加入吡咯進行聚合包覆，得到包覆均勻的改性納米零價鐵，形成全面的機械支撐，提高結構穩定性，避免脫落或失活的情況。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種改性納米零價鐵的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1、將納米零價鐵、穩定劑、氧化劑混合，在惰性氛圍下攪拌，得到聚合前驅溶液；

步驟S2、將吡咯滴加入步驟S1制得的聚合前驅溶液中，保持惰性氣體氛圍聚合反應，冷卻，抽濾真空干燥，得到改性納米零價鐵。

優選地，所述步驟S1中納米零價鐵、穩定劑和氧化劑的重量份數比為1～30:1～6:0.1～5。

優選地，所述步驟S2中吡咯與聚合前驅溶液的重量份數比為0.001～0.05:20～500。

優選地，所述氧化劑為氯化鐵、九水硝酸鐵或過硫酸銨的一種或多種。

優選地，所述穩定劑為聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮或海藻酸鈉的一種或多種。