[发明专利]分散剂修饰改性纳米铁颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分散剂修饰改性的纳米铁颗粒的制备方法，属于纳米材料及水污染控制技术领域。

背景技术

氯代有机物是指脂肪烃、芳香烃及其衍生物的分子结构中一个或多个氢被氯取代后的产物，具有高挥发性和类脂物可溶性等特点，易通过食入、吸入、经皮吸收等方式而在生物体内积累，从而产生致畸、致癌、致突变的“三致效应”，对环境和健康的潜在风险极大，已经成为当前研究的热点问题之一。

传统的污染治理方法有物理法、生物法及化学法。其中，化学还原法特别是零价铁还原法自二十世纪八十年代被发现应用以来，逐渐取代了传统的污染治理技术，并在Muftikian证明钯的加入可大大促进处理体系的脱氯速率后 (Muftikian等，Water Research, 1995, 29 (10): 2434-2439)，立刻在国际上掀起了以铁基纳米双金属颗粒(如Pd/Fe、Ni/Fe、Cu/Fe等)为催化还原剂，寻求绿色环保、经济高效的还原脱氯方法的研究热潮，已经取得了显著进展。但纳米铁颗粒由于范德华力和自身磁力的作用，同时颗粒间存在保持最有利的热力学稳定状态的趋势，使得新合成的纳米铁颗粒易被氧化，且团聚现象严重，应用于原位修复则表现为易于吸附在土壤或沉积物的表面，传输性和稳定性差。

近年来，相关领域研究人员尝试了各种方法对纳米铁进行改性，包括了以微波辐射，机械搅拌以及超声协同为主的物理辅助法、以表面活性剂、聚合物、有机溶剂为主的化学添加剂法以及以天然的或人工合成的有机无机材料为载体的负载固定法等，取得了一定的成效，但基于目前的研究成果，还没有一种确定成型的方法能够持续高效地降解氯代有机物，改性材料对纳米铁降解氯代有机物体系的作用及其环境行为、生物毒性、生态风险等方面尚存在争议，主要表现为：

(1) 物理辅助法虽能通过增强或减弱体系的某些效应，在一定程度上达到强化传质和表面反应、改善体系降解效果的目的，但其操作复杂成本高，对硬件设施的要求高，很难应用于大规模的生产实践，也不能适应对土壤，地下水的原位修复的要求。

(2) 表面活性剂在增强纳米铁对氯代有机物去除效率方面的应用多是在纳米颗粒降解目标污染物的体系中加入表面活性剂，利用其降低固液界面的表面能，增强纳米颗粒的表面吸引力，从而增强其对目标污染物的吸附性，提高体系的脱氯效率。其局限性在于：一方面，表面活性剂的种类众多，它们对脱氯体系的促进或抑制作用尚存在争议；另一方面，目前的应用未充分利用表面活性剂控制纳米颗粒的尺寸以及分散稳定性。

(3) 聚合物如聚乙二醇、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮等对减小纳米钯/铁双金属颗粒的尺寸，增强其分散稳定性方面起到了重要的作用，但聚合物的改性纳米颗粒时的浓度剂量，聚合物的存在形态、合成方式的复杂程度等成为了该技术应用的壁垒之一。

(4) 负载固定法能够有效地控制纳米颗粒的尺寸，并能保持一定的分散稳定性，但载体材料的选择及其本身的亲水化改性，再生等还存在较大问题，且负载固定改性的纳米铁颗粒应用于土壤或地下水的原位修复时还会遇到水力传导率低，传输性差等问题，使得这一改性方法难以推广应用。

公开号CN101579745A公开了以十六烷基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂，异辛烷为油相，以硫酸亚铁和硼氢化钾水溶液为水相配置微乳液，在微乳液中以偶氮二异丁腈为引发剂，引发单体甲基丙烯酸甲酯原位聚合生成PMMA，制备出高分子包覆层的纳米铁，增加其在空气中的稳定性。但该方法制备过程必须通过原位聚合才能实现PMMA对纳米铁的改性。

本发明所述分散剂改性纳米铁颗粒还原去除水中氯代有机物的方法致力于克服以上述方法的缺陷，旨在利用分散剂直接对水性介质中的纳米铁进行分散改性，使其在实现纳米颗粒分散稳定的基础上，进一步减小粒径，提高对水中氯代有机物的降解效率，以寻求一种工艺简单、经济高效，并易于工程广泛实施和推广应用的分散剂改性纳米铁颗粒的制备方法。

发明内容

本发明提供了一种分散剂修饰改性纳米铁颗粒的制备方法，该方法采用液相还原法，将聚合物、阳离子表面活性剂或阴离子高分子电解质作为分散剂，在纳米铁颗粒制备过程中对颗粒进行表面修饰改性，从而减少其在水性介质中的硬团聚，增加其分散度，制得分散剂改性纳米铁颗粒。

本发明按如下具体步骤完成：

(1) 配制一定浓度的分散剂溶液；将分散剂溶液与浓度为0.1-0.15mol/L的FeSO₄溶液混合并搅拌均匀，其中分散剂溶液与FeSO₄溶液的体积比为1: 20-1: 25；