[发明专利]一种壳聚糖负载纳米零价铁及其双金属复合材料的超重力制备方法

说明书

本发明公开了一种壳聚糖负载纳米零价铁及其双金属复合材料的超重力制备方法，属于纳米材料技术领域。本发明目的是提供一种连续制备壳聚糖负载纳米零价铁及其双金属复合材料的方法。该方法将壳聚糖与金属盐的混合溶液和还原剂同时送入超重力反应器中反应，反应结束后磁分离反应产物，去离子水和无水乙醇反复清洗至中性，真空干燥得到壳聚糖负载纳米零价铁及纳米铁双金属复合粒子。该方法一步制备壳聚糖负载零价铁纳米或者纳米铁双金属复合颗粒，工艺简单、反应时间短、成本低、可规模化生产，同时制备的壳聚糖负载纳米零价铁粒或纳米铁双金属复合粒子径小、分散性良好、稳定性良好、反应活性高，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种壳聚糖负载纳米零价铁及其双金属复合材料的超重力制备方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，水中重金属离子污染越来越严重，由于重金属不能生物降解，且经过长期的生态积累对人体产生严重的危害，重金属污染已经成为全球广泛关注的环境污染问题。因此开发廉价高效的方法去除水中的重金属离子对人类的健康安全和生态环境极其重要，是未来一段时间急需解决的重要课题。纳米零价铁(NZVI)因其具有比表面积大、反应活性高、还原性强等特点，可以促进污染物的吸附还原，已成为一个备受关注的研究领域。虽然将NZVI直接用于环境中对重金属污染的修复具有显著的优势，但是由于其粒径小、活性高，在实际应用中极易发生团聚及被氧化失活，从而降低了零价铁对重金属的去除效率，这些使NZVI在实际重金属污染修复应用中受到限制。研究发现，通过在纳米零价铁体系中掺杂另一种金属（如Cu、Ag、Ni、Pd等）后能促进零价铁表面电子转移，加快反应速率，进一步提高纳米零价铁的反应活性，在一定程度上可以防止钝化层的形成。Hu等[Water Research, 2010, 44(10): 3101-3108]将金属Cu负载与纳米零价铁的表面形成纳米铁铜双金属颗粒，用于去除污染物Cr(VI)，研究发现纳米零价铁表面负载金属Cu后可以改善铁在薄膜的氧化态，从而提高材料对Cr(VI)的去除效率。

虽然纳米零价铁双金属体系相比单独零价铁在重金属污染物修复中展现了巨大的优势，但是在实际应用过程中，纳米零价铁双金属由于纳米粒子的表面效应以及磁偶极相互作用，使得双金属纳米颗粒易发生团聚和钝化，影响纳米零价铁双金属复合材料在应用过程中的稳定性和活性。研究发现，研究发现，通过引入一定的载体材料作为稳定剂能够显著提高纳米零价铁的活性。已有研究报道膨润土、羧甲基纤维素钠、活性炭、多壁碳纳米管等材料负载纳米零价铁或纳米零价铁双金属复合粒子能有效提高零价铁及其双金属复合粒子的反应活性。壳聚糖(Chitosan, CS, 化学名称：β-1,4-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖)是一种碱性氨基多糖，是由自然界中广泛存在的天然高分子甲壳素脱乙酰化得到的，具有价格低廉、分布广泛、储存丰富、生物相容性良好、无毒、可生物降解等特性，是一种优良的负载基体。此外，其分子链上丰富的羟基和氨基使其对金属离子具有良好的亲和力，已有研究报道壳聚糖上面的氨基和羟基可以与Fe³⁺形成壳聚糖/Fe(III)络合物。因此，将壳聚糖与NZVI结合，一方面壳聚糖具有大量的活性基团，可以改善NZVI的分散性和反应活性，提高NZVI对重金属离子去除效率，另一方面可以避免NZVI氧化过程中释放铁离子对环境造成二次污染。