[发明专利]一种煤矸石负载型零价铁纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矸石负载型零价铁纳米复合材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

在水污染治理以及环境修复领域，零价铁纳米颗粒由于其稳定性和在多种环境污染物处理效率方面的优良性能及巨大的应用潜力备受瞩目，利用矿物载体作为稳定剂可阻止纳米颗粒团聚，增加比表面积，方便造粒和回收利用，同时也为粘土矿物资源提供了一条新的利用途径。

某些矿区煤矸石中来源于煤层顶底板和夹矸的硬质高岭岩众多，长久以来，对高岭石粘土矿物的提取多侧重于对结构松散、含量较多的非煤系风化残积型和风化淋滤型高岭土样品进行提取, 对于硬质岩中高岭石粘土矿物的分离提纯则相对困难，相关研究较少，更没有利用从此类煤矸石中提取高岭石矿物作为骨架和载体，在高岭石的层间或表面引入过渡金属或金属氧化物，制成高附加值的表面纳米材料的相关研究和报道。

发明内容

本发明在第一方面涉及制备煤矸石负载型零价铁纳米复合材料的制备方法；该方法以筛选所得的高岭石质煤矸石为原料，通过物料的破碎，粉碎，混匀，过筛，沉降等物理方法实现矿物分离，通过醋酸缓冲溶液，连二亚硫酸钠还原，过氧化氢氧化以及碳酸钠溶液等化学处理方法分别去除其中所含的碳酸盐，铁锰氧化物，有机质和粉石英，对矿物进行提纯，加去离子水形成稳定悬浮后，再加入铁盐或亚铁盐，以一定的速度逐滴滴入NaBH₄溶液实现煤矸石负载型零价铁纳米复合材料的设计和合成，该方法具体包括如下:

    高岭石质煤矸石中高岭石矿物的的分离包括如下步骤：                                                将新鲜的高岭石质煤矸石原矿进行破碎，之后进行粗粉碎，粉碎粒度至60～180目，得到物料1；

    将物料1过0.1mm筛，得到物料2；

    通过沉降法以及斯托克斯定律，不加入分散剂，预先除去比重大于3的杂质，在50～60℃温度下烘干，得到物料4；

    以六偏磷酸钠为分散剂，通过沉降法以及斯托克斯定律，对矿物进一步分离，在50～60℃温度下烘干，得到物料5；    

  进一步， 高岭石质煤矸石的提纯，依次按照以下步骤实现：

    为了去除其中的碳酸盐，在去离子水中浸泡24h除去可溶盐后，加入醋酸缓冲溶液； 

    以连二亚硫酸钠还原法，去除其中的铁锰氧化物；

    加入10%～15%的过氧化氢，水浴加热至70～80℃，去除其中的有机物质；

    加入5%的碳酸钠溶液，去除其中的粉石英，50～60℃下烘干，得到物料6；

    再进行超细研磨或球磨，研磨细粉粒径小于100μm，得到物料7。

   进一步， 按以下步骤进行煤矸石负载型零价铁纳米复合材料的制备：

    称取一定量的物料7于去离子水中，使使料液质量比（加入的物料与去离子水质量的比值）为1:50～1:40，搅拌18h形成稳定悬浮液；

    向悬浮液中加入适量的铁盐或亚铁盐,如FeCl₃、FeCl₂、Fe₂(SO₄)₃、FeSO₄、Fe(NO₃)₃ 、Fe(NO₃)₂等铁的化合物，搅拌24h以上;

    之后以一定的速度缓慢加入新鲜配制的一定浓度的NaBH₄溶液，使B/Fe摩尔比保持稳定，期间不断搅拌；

    离心制备液，弃去上清液，得到产物。

对产物进行洗涤后，50～60℃条件真空干燥24～32h得到最终产物。

优选的，步骤（2）中加入的化合物的负载铁量与为物料7质量比的1.4～2倍。

优选的，步骤（3）中，B/Fe摩尔比为4:1～4.5:1。

优选的，步骤（3）中，NaBH₄溶液的滴加速度保持在10.6～14.8ml/min。