[发明专利]一种纳米零价铁及其制备方法及应用

说明书

本发明属于金属纳米颗粒技术领域，提供了一种纳米零价铁及其制备方法及应用。制备方法包括：向铁盐溶液或亚铁盐溶液中加入分散剂并快速搅拌，同时加入还原剂及茶叶提取液；待还原剂滴加完毕后继续搅拌直至不产生气泡为止，即得到纳米零价铁悬浮液；以磁选法从所述纳米零价铁悬浮液中获得黑色固体，经蒸馏水、乙醇充分洗涤，离心后倾倒上清液，将离心后得到的固体在抽真空条件下，冷冻干燥，获得纳米零价铁颗粒。本发明提供的纳米零价铁的制备方法，选用茶叶提取液作为抗氧化剂，保持纳米粒子高活性的同时还大大提高了纳米零价铁的抗氧化性能，不仅降低了环境污染，还实现了废弃茶叶的再利用，增加了茶叶行业的附加值。

技术领域

本发明涉及金属纳米颗粒技术领域，具体涉及一种纳米零价铁及其制备方法及应用。

背景技术

目前，纳米技术的发展成为科研人员关注的热点，由于纳米材料较小的尺寸(1～100nm)使得其具有特殊的物理、化学性质，如大的比表面积(可高达几十m2/g)，极高的反应活性，较强的土壤运移能力，这些性质使其在环境领域具有较好的应用前景。纳米零价铁(NZVI)是近年研究较多的纳米材料，因Fe元素危害相对较小，在水处理方面有着优异的处理能力与实现资源化回收的能力。

然而，由于纳米零价铁大的比表面积，极高的活性和较强的磁性，使得其极易团聚和氧化，从而极大降低其反应活性，限制其实际工程应用；另一方面，工业废水中大量的重金属离子流失到环境中，尤其是饮用水和大气中，对环境和人类健康也构成严重的威胁，如何有效资源化回收利用废水中重金属离子成为解决问题的关键难点。

中国专利库公开了一种利用葡萄籽绿色合成纳米零价铁的方法及其应用(201410436735.9)，属于纳米材料及废水处理领域。所述制备方法如下，室温条件下以废弃物葡萄籽提取液作为分散剂和抗氧化剂制备纳米零价铁颗粒，通过本发明方法所制备的纳米零价铁颗粒具有良好的分散性和稳定性。本发明制备的纳米零价铁颗粒用于催化降解废水中的活性染料，染料废水pH＝2～10的条件下，对偶氮类染料活性艳红K-2G在9min内降解98％以上，对蒽醌类染料活性艳蓝KN-R在30min内降解95％以上，对环境适应性强，降解效率高。但是，该方案采用单一的分散剂和抗氧化剂，仍出现明显团聚现象，导致所制零价铁抗氧化性差，接触空气仍容易被氧化，影响零价铁反应活性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种纳米零价铁的制备方法，以有效阻止纳米零价铁的团聚，提高纳米零价铁的反应活性与抗氧化性。

本发明还提供了一种纳米零价铁的应用，可有效资源化回收所处理废水中的多种重金属离子。

第一方面，本发明提供了一种纳米零价铁的制备方法，包括：向铁盐溶液或亚铁盐溶液中加入分散剂并快速搅拌，同时加入还原剂及茶叶提取液；待还原剂滴加完毕后继续搅拌直至不产生气泡为止，即得到纳米零价铁悬浮液；以磁选法从所述纳米零价铁悬浮液中获得黑色固体，经蒸馏水、乙醇充分洗涤，离心后倾倒上清液，将离心后得到的固体在抽真空条件下，冷冻干燥，获得纳米零价铁颗粒。

可选地，所述茶叶提取液采用如下步骤制备：将茶叶晒干，按每100ml水中加入0.05-2.5g茶叶制成茶叶溶液，于60-100℃加热0.5-3h，滤去茶叶废渣即得到所述茶叶提取液。

可选地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和β-环糊精形成的混合物，其中所述聚乙烯吡咯烷酮所占质量分数为10-90％。

可选地，所述分散剂与所述铁盐或亚铁盐的质量比为0.1-1:1。

可选地，所述铁盐溶液包括FeCl₃或Fe(NO₃)₃；所述亚铁盐溶液包括FeCl₂或Fe(NO₃)₂；所述铁盐溶液或亚铁盐溶液中Fe³⁺或Fe²⁺的浓度为0.005-0.050mol/L。