[发明专利]一种零价铁／花状氧化锌纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种零价铁/花状氧化锌纳米复合材料及其制备方法，所述零价铁/花状氧化锌纳米复合材料是以花状氧化锌为载体，负载零价铁纳米颗粒，其中花状氧化锌尺寸为1.0～2.0μm，由多片不规则纳米片组合而成，负载于花状氧化锌表面的零价铁颗粒为表面圆滑的球状结构，平均粒径为20～30nm，具有较好的分散性。该材料主要通过水热反应分别合成花状氧化锌及在其表面负载纳米氧化铁颗粒，最后通过高温氢气还原制得。该零价铁/花状氧化锌纳米复合材料在水质净化、催化、电极材料、土壤修复等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，特别涉及一种零价铁/花状氧化锌纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米零价铁具有低毒、价廉、比表面积大、还原性强、便于操作，对环境无二次污染等优点，在水处理、土壤修复等领域的应用受到广泛关注。但是，纳米零价铁易团聚、易氧化、水相易迁移等缺陷极大地限制了其直接使用。目前，通过对纳米零价铁进行修饰方法主要有包覆、表面改性等，但都不能完全克服这些缺陷。将零价铁负载于一类多孔基体材料表面不仅可以提高零价铁的反应活性，而且能够减少甚至消除零价铁的团聚现象。因此，开发新型的负载型纳米零价铁复合材料，对保持零价铁使用中的高还原性，抑制纳米粒子的团聚现象具有重要的意义。

纳米零价铁粒子的负载物通常为无机材料，如蒙脱石、硅胶、活性炭、膨润土等。目前， ZL201310108008.5公布了一种氧化铝包覆型纳米铁粒子及其制备方法与应用，该专利利用硼氢化物还原三价铁离子后再包覆氧化锌，制备的纳米零价铁粒子抗团聚性及抗氧化性能有较大提高，但合成所用硼氢化物有极大毒性，对人体有害。ZL201510150723.4公开了一种负载型的纳米零价铁粒子及其制备方法，以改性海泡石为载体，在改性海泡石载体的表面及内部负载纳米零价铁粒子，所得产品具有较好的分散性和反应活性。本发明利用花状氧化锌作为零价铁粒子的负载物，花状氧化锌成本低、尺寸小、比表面积大、空隙率高。该零价铁/花状氧化锌纳米复合材料不仅能克服零价铁易团聚、反应活性差等缺点，而且其制备流程简单，成本较低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种零价铁/花状氧化锌纳米复合材料及其制备方法。该零价铁/花状氧化锌纳米复合材料中零价铁纳米颗粒在花状氧化锌表面均匀分布，具有还原性强，反应活性高等特点。

为了说明零价铁/花状氧化锌纳米复合材料的形貌及晶型，分别公开了一种零价铁/花状氧化锌纳米复合材料的扫描电镜图片，透射电镜图片及X射线衍射图谱，如图1、2和3所示，从图1与图2可以清楚地看到如下结果：花状氧化锌和零价铁的颗粒大小和粒径分布各有不同，花状氧化锌为非规则片状组合而成，其平均尺寸为1.0～2.0μm，纳米片厚度15～30nm；零价铁纳米颗粒为表面圆滑的球状结构，平均粒径为20～30nm。图3中呈现氧化锌与零价铁的特征衍射峰，峰形较尖锐，说明其结晶度均较高。

本发明的另一个目的在于提供一种零价铁/花状氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

S01将可溶性锌盐、二水合柠檬酸钠、去离子水按摩尔比1∶0.5～0.9∶950～1000的比例混合，加入无机碱水溶液调节pH至11～13，常温搅拌120～180min。然后，加入与可溶性锌盐摩尔比为1∶0.03～0.07的聚乙二醇，常温继续搅拌2～3min。最后，将溶液移至反应釜中于 100～150℃反应8～20h，自然冷却到室温，离心洗涤、烘干，得到花状氧化锌。

S02将S01中所得的花状氧化锌与磷酸二氢钾、可溶性铁盐、去离子水按摩尔比1∶0.001～0.006∶0.1～0.4∶7500～8200的比例混合，超声至混合均匀，在105～160℃条件下水热反应40～60h。离心洗涤、烘干，得到氧化铁/花状氧化锌复合材料。