[发明专利]核壳结构铁铜双金属材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种核壳结构铁铜双金属材料及其制备方法和应用，该核壳结构铁铜双金属材料包括纳米铜颗粒，其表面依次包覆有纳米零价铁层和氧化铁层形成核壳结构。其制备方法包括制备纳米铜颗粒表面包覆有纳米零价铁的材料以及通过老化处理在纳米零价铁层表面制备氧化铁层。本发明核壳结构铁铜双金属材料具有性能稳定、适用性好、成本低、无二次污染等优点，其制备方法具有制备过程简单、操作简便、成本低、能耗低、不产生有毒有害物质、环境友好等优点，适合大规模生产和应用。本发明核壳结构铁铜双金属材料可用于处理含砷废水，具有应用方法简单、成本低、吸附速率快、去除率高等优点，能够实现对废水中砷的有效去除，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种铁基吸附材料及其制备方法和应用，具体涉及一种核壳结构铁铜双金属材料及其制备方法和应用。

背景技术

重金属砷广泛存在于各种工农业废水中，特别是三价砷具有更高的毒性、致癌性以及难去除性，严重危害着公共健康和生态环境。重金属砷可以通过饮食、皮肤接触，甚至空气传播等途径侵入人体，影响人体的健康。因此，去除水体中的重金属砷受到了国内外的广泛关注。

目前，去除废水中的砷的方法，主要有：化学沉淀或絮凝法、膜分离技术、离子交换和吸附法。吸附法以其吸附操作方便，净化剂的种类多样、运行成本低、处理效率高等优势而被广泛应用。如，铁基材料是一种在自然界广泛存在、价格廉价、环境友好型的吸附材料，在工业废水处理领域有较好的应用前景，特别是含砷废水，铁基材料可以通过吸附共沉淀的方式有效的净化含砷废水。然而，耗时久、效率低是目前铁基材料处理含砷废水过程中面临的巨大问题。例如：纳米零价铁材料在水体中容易团聚和钝化，限制了其对砷的去除效率和速率；铁铜双金属提高了铁的活性，但是面临着铜离子泄露，易造成二次污染等问题。因此获得一种可以快速、高效净化含砷废水的环境友好型材料具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种性能稳定、适用性好、成本低、无二次污染的核壳结构铁铜双金属材料，还提供了一种制备过程简单、操作简便、成本低的核壳结构铁铜双金属材料的制备方法以及该核壳结构铁铜双金属材料在处理含砷废水中的应用，具有应用方法简单、成本低、对三价砷去除率高等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种核壳结构铁铜双金属材料，所述核壳结构铁铜双金属材料包括纳米铜颗粒；所述纳米铜颗粒表面依次包覆有纳米零价铁层和氧化铁层形成核壳结构。

上述的核壳结构铁铜双金属材料，进一步改进的，所述核壳结构铁铜双金属材料中铜与铁的质量比为0.1～1∶2；所述核壳结构铁铜双金属材料的粒径为30nm～40nm。

上述的核壳结构铁铜双金属材料，进一步改进的，所述核壳结构铁铜双金属材料中铜与铁的质量比为1～3∶10。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种上述的核壳结构铁铜双金属材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将纳米铜颗粒分散液与亚铁离子溶液混合，加入还原剂进行还原反应，得到纳米铜颗粒表面包覆有纳米零价铁的材料；

S2、将步骤S1中的纳米铜表面包覆有纳米零价铁的材料进行老化处理，得到核壳结构铁铜双金属材料。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述纳米铜颗粒分散液、亚铁离子溶液、还原剂的体积比为50∶3∶1；所述亚铁离子溶液为硫酸亚铁溶液；所述亚铁离子溶液中Fe²⁺的浓度为20.0g/L～30.0g/L；所述还原剂为硼氢化钠溶液；所述还原剂的浓度为75g/L～85g/L；所述还原剂的加入速率为0.5mL/min～2mL/min；所述还原反应的时间为10 min～20min；

和/或，步骤S2中，所述老化处理的时间为1h～4h。