[发明专利]一种利用液相还原法制备纳米零价铁颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米零价铁的制备方法，属于纳米材料合成工艺技术领域，具体涉及一种利用液相还原法制备纳米零价铁颗粒的方法。

背景技术

纳米铁颗粒因其粒子直径小，颗粒的比表面积和表面能大，从而具有优越的吸附性能和很高的还原活性。近年来，在卤代有机物及重金属污染治理方面，纳米零价铁越来越受到科学界的重视。科研工作者对纳米零价铁在污染修复方面的应用进行了大量基础研究，取得丰硕的研究成果。由于纳米铁为环境友好型催化剂，且价格低廉，因此该技术具有非常广阔的应用前景。 

纳米零价铁的制备方法通常分为物理法和化学法两大类。物理法是指以物理过程为主，采用光、电等技术使普通粒径的铁粉在真空或惰性气氛中气化，然后在冷却过程中凝聚成超微纳米铁颗粒（如物理气相沉积法）；化学法基于相关化学反应，从分子、原子或离子角度实现金属铁的超细化，主要包括化学还原法、微乳液法、热解羰基铁法、电沉积法等。其中化学还原法因其反应原理、制备设备简单、具有可强的操作性等优点，使其在纳米铁制备方面有着广泛的应用。

基于提高所合成的纳米铁颗粒的反应活性，目前科学界已取得一系列进展。黎淑贞等［黎淑贞, 吴平霄. 矿物学报[J], 2010, (S1):139~140.］用天然蒙脱石(Mont)和十六烷基三甲基溴化铵[C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr]改性蒙脱石(HMont)作为载体材料，合成蒙脱石负载的纳米铁(Mont-nZVI)和有机蒙脱石负载的纳米铁(HMont-nZVI)，其纳米铁粒径为20~100nm。陈华等［陈华, 任晓惠, 罗汉金, 董婷婷, 胡冰洁.  改性纳米零价铁的制备及其去除水中的四环素[J]. 环境工程学报. 2011(04)］在纳米零价铁(NZVI)中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)对其改性，结果表明，在制备过程中添加PVP-K30改性剂可以明显减小纳米铁颗粒粒径，增大比表面积。Shuzhen Li等［Shuzhen Li, Pingxiao Wu, Hailing Li. Synthesis and characterization of organo-montmorillonite supported iron nanoparticles. Applied Clay Science, 2010(50):330~336.］用十六烷基三甲基改性蒙脱土负载纳米铁颗粒，使得比表面积增大，明显降低了nZVI聚集程度和颗粒的大小。崔世海在申请的专利“应用改进液相还原法制备零价纳米铁颗粒的方法”（专利申请号：201010218687.8）中通过在反应体系中加入氟化钠，合成颗粒分布均匀、平均粒径为50nm左右、比表面积为42~60m²/g的纳米铁颗粒。金朝晖等在所申请的专利“硅微粉负载型纳米零价铁粒子及其制备方法”（专利申请号：200910069677.X）中，通过加入硅微粉进行负载，使得纳米零价铁粒子的抗团聚性能得到了较大提高，所制得的纳米零价铁粒子分布均匀，平均粒径小，比表面积大。王晓栋等在所申请的专利“一种改进液相还原法制备纳米零价铁粒子的方法”（专利申请号：200610088201.7）中，通过添加聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂，有效地提高了纳米铁颗粒的分散性。崔世海在申请的专利“基于液相络合还原法制备纳米零价铁的方法”（专利申请号：201110211774.5）中通过液相络合还原法制备出分散均匀，平均粒径为18nm左右，比表面积为70~90m²/g的纳米铁颗粒。

通过对国内外有关纳米铁合成的相关文献及专利的查阅，结果表明，在本发明完成之前，尚未有应用Fe(OH)₃胶体，通过液相化学还原法合成出粒径较小、分散性较好、具有较强稳定性的纳米铁颗粒的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用液相化学还原法制备零价纳米铁颗粒的新方法，目前大多液相还原法制备的纳米零价铁颗粒存在容易团聚、合成步骤相对复杂等技术问题。本发明方法在不需加入高分子表面活性剂和络合剂，且不需对反应体系的pH进行调节的条件下，即可合成出分散性较好、具有较强稳定性、粒径大小为10~50nm的零价纳米铁粒子。

为解决上述技术问题并实现其发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用液相还原法制备纳米零价铁颗粒的方法，包括如下步骤：