[发明专利]一种氧化铝包覆型纳米铁粒子及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备及环保工程技术领域，具体涉及一种Al₂O₃包覆型纳米零价Fe粒子及其一步制备方法与应用。

背景技术

采用纳米零价Fe还原去除环境污染物是近年来国内外广泛研究应用的技术。纳米零价Fe与普通Fe粉相比，具有粒径小、比表面积大、表面能大的特点，在与其它物质的反应中具有较高的活性，处理效果远远优于普通Fe粉，具有很好的应用前景，但是纳米零价Fe的特殊活性使得其在制备和使用过程中需要苛刻的操作条件。

目前，液相还原法制备纳米零价Fe粒子具有原理简单、设备简单、可操作性强、生产成本低等特点，但也存在着粒径分布不均匀、容易发生团聚、反应活性较低等缺陷。因此必须通过添加一定的分散剂来克服这一缺陷。为了解决纳米Fe粒子容易发生团聚的问题，普遍采用负载或包覆法对制备的纳米零价Fe粒子进行修饰。纳米Fe粒子的包覆物通常采用有机材料，如羧甲基纤维素钠、淀粉和壳聚糖等。

氧化铝是重要的催化剂载体或包覆剂，在工业上有着广泛应用。这主要是因为：（1）Al₂O₃结构非常稳定，阻止颗粒之间的聚集；（2）Al₂O₃具有多孔性和化学惰性，不影响核物质与其它物质反应；（3）环境友好性，对生物无毒害。将氧化铝制备成介孔材料优于传统氧化硅材料，它具有更高的水热稳定性、不同的等电荷点、易于均匀包覆不同的金属物种的特点。但是目前Al₂O₃包覆型纳米材料的制备方法比较复杂，需先合成纳米金属颗粒并清洗分离，再把纳米金属颗粒转移到氨水溶液中并在其表面包覆Al₂O₃。而且通常先采用表面活性剂、大分子聚合物对纳米金属颗粒改性或作为Al₂O₃的模版剂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有较好分散性和抗氧化性的氧化铝包覆型纳米铁粒子，其特点是：该复合材料为核壳结构，以零价纳米Fe粒子为核心，在其表面均匀包裹一层Al₂O₃。

更进一步，所述零价纳米Fe粒子的平均粒径为20～30nm，Al₂O₃层的平均厚度为5～15nm。

本发明的目的之二在于提供上述氧化铝包覆型纳米铁粒子的制备方法，该方法所需设备简单、工艺简便，它包括如下步骤：

（1）制备Fe盐溶液：将一定量的FeCl₃溶于醇水混合溶液中，搅拌均匀，使Fe离子摩尔浓度在0.01～0.03mol/L；

（2）除氧：在步骤（1）所得溶液中加入一定量的Al(NO₃)₃，加入量决定了包裹后的Al₂O₃厚度，通入氮气除氧20～40min，然后机械搅拌10min以使混合均匀，得到混合溶液；

（3）制备纳米Fe溶液：在机械搅拌下向步骤（2）所得混合溶液中滴加新制备的KBH₄溶液或NaBH₄溶液，反应60～90min，得到黑色的纳米Fe溶液；

（4）制备纳米零价Fe粒子：将步骤（3）所得纳米Fe溶液用磁选法分离，用蒸馏水洗涤、乙醇洗涤、真空干燥，即得Al₂O₃包覆型纳米零价Fe粒子。

具体地说，步骤（1）中所述的醇水混合溶液中醇水体积比为7：3，醇选用乙醇。

具体地说，步骤（3）中所述向除氧后得到的混合溶液中滴加的KBH₄或NaBH₄与步骤（1）中的FeCl₃的摩尔比为8～10。

具体地说，步骤（3）中所述KBH₄溶液或NaBH₄溶液的滴加速度为0.5ml/min。