[发明专利]一种负载型的纳米零价铁粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载型的纳米零价铁粒子及其制备方法，属于纳米材料制备和环境污染控制新材料技术领域。

背景技术

利用纳米零价铁的还原性去除环境污染物是近年来国内外应用研究的话题。较之普通铁粉，纳米零价铁具有较大的比表面积，更小的粒径，较高的反应性，在在于其他物质反应时表现出较高的活性，处理效果更好，具有较好的应用前景。然而由于纳米零价铁的易于团聚性和易于氧化性，导致其降解效率下降。因此，开发并利用纳米零价铁负载材料技术，对抑制甚至消除纳米零价铁颗粒的团聚，提高其抗氧化性和增强纳米零价铁对环境污染物的去除效果等方面都有重要的意义。

目前用于制备纳米零价铁颗粒的方法主要有固相方法，液相方法和气相方法。用固相方法制备纳米零价铁颗粒虽然方法简单，可操作性强，但在制备工程中颗粒容易发生团聚，以及粒径分布不均匀等；用气相方法制备的纳米零价铁颗粒，虽然其粒径小，纯度高，分布均匀，但对仪器设备的要求较高，同时要求在高温高压的条件下操作，成本昂贵且操作不安全。

液相还原方法具有反应原理简单，设备要求不高，可操作性强，生产成本低等优点，但同时存在着制备的纳米零价铁颗粒粒径分布不均匀，容易发生团聚，反应活性低等缺点，因此通过添加一定的分散剂来解决这一问题。多年来为了克服纳米零价铁颗粒易发生团聚的问题，普遍采用了负载法或者包覆法对纳米零价铁颗粒进行修饰。

纳米零价铁粒子的负载物通常可以是无极材料，比如活性炭，蒙脱石，膨润土，硅胶，石墨等；而包覆物通常是有机材料，如淀粉，壳聚糖，羧甲基纤维素钠（CMC）等，但是这类包覆材料并不能完全阻止纳米零价铁颗粒的团聚，而且添加剂的成本较高。

海泡石由于其较高的吸附性，较大的比表面积，较好的分散性，以及价格低廉、分布广泛，成为一种重要的纳米零价铁负载材料。

目前尚无以海泡石负载的纳米零价铁粒子的报道。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的纳米零价铁颗粒粒径分布不均匀，容易发生团聚，反应活性低等技术问题提供一种负载型的纳米零价铁粒子及其制备方法。该负载型的纳米零价铁粒子具有纳米零价铁颗粒粒径分布均匀，不易发生团聚，反应活性高特点。

本发明的目的之二是提供上述一种负载型的纳米零价铁粒子的制备方法，该制备方法以海泡石为载体，利用液相还原法将纳米零价铁颗粒负载在海泡石上，其制备方法，工艺简便，操作方便，所需设备简单。

本发明的技术原理

利用NaBH₄或者KBH₄的强还原性将Fe³⁺还原得到Fe⁰，其反应方程式为：

。

本发明的技术方案

一种负载型的纳米零价铁粒子，以改性海泡石为载体，在改性海泡石载体的表面及内部均负载有纳米零价铁粒子；

在改性海泡石载体的表面负载的纳米零价铁粒子的粒径为5-20nm，优选3-7nm，而在改性海泡石的内部负载的纳米零价铁粒子的直径约为0.01-1nm，优选为1nm。

上述的一种负载型的纳米零价铁粒子的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）、改性海泡石的制备

向天然海泡石粉末中加入质量百分比浓度为15%的盐酸水溶液，然后在25-30℃下充分混合搅拌48h，然后用脱氧去离子水洗涤至流出液为中性，然后控制温度为115-125℃进行干燥，然后控制温度为310-330℃进行焙烧，然后研磨，过160-200目筛，所得的粉末即为改性海泡石；

质量百分比浓度为15%的盐酸水溶液的用量，按质量比计算，即天然海泡石粉末：质量百分比浓度为15%的盐酸水溶液为1:5 ；

（2）、含铁离子的改性海泡石溶液的制备

将步骤（1）所得的上述6g改性海泡石加入100mL浓度为0.1-0.3mol/L的FeCl₃水溶液中，室温下充分混合12h后，控制转速为8000-10000r/min进行离心以除去多余的铁离子，得到的沉淀用与浓度为0.1-0.3mol/L的FeCl₃水溶液等体积的脱氧去离子水溶解，然后用浓度为0.5mol/L的HCl水溶液和浓度为0.5mol/L的NaOH水溶液调pH为3.0，即得含铁离子的改性海泡石溶液；

上述改性海泡石和浓度为0.1-0.3mol/L的FeCl₃水溶液的用量，按改性海泡石：浓度为0.1-0.3mol/L的FeCl₃水溶液为3g:50ml的比例计算；