[发明专利]一种自扩散纳米铁复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种自扩散纳米铁复合材料及其制备方法和用途，本发明所述自扩散纳米铁复合材料中固定有高压惰性气体，所述自扩散纳米铁复合材料在水中溶解后，释放出惰性气体，产生推力，提高自扩散纳米铁复合材料的扩散能力，从而扩大其在水体中降解污染物的范围；且糖类组分的存在阻止了纳米铁的团聚和氧化，溶解的糖类组分还能为微生物提供了碳源，有利于强化微生物对目标污染物的降解能力。

技术领域

本发明涉及纳米铁材料领域，尤其涉及一种自扩散纳米铁复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

作为人们生存和发展的重要资源，地下水污染已经成为我国生态环境与人类健康面临的首要环境问题之一，愈发受到人们的重视。相较于地表水，地下水污染往往发生在流动性地下含水层，不易被察觉，长期存在的污染物会促使污染羽不断地扩大；另外，由于人类活动的多样性，含水层一旦污染往往伴随着多种形式的复合污染，导致地下水污染面临治理难、成本高的困境。目前国内外常见的地下水污水修复方法主要有物理法、化学法和生物法三大类。其中，纳米铁得益于其纳米级粒径，强还原能力与广泛的修复性能(适用于多种有机、重金属污染物)，被广泛应用于地下水污染修复，并已经成为世界范围内土壤与地下水修复中应用最广泛的纳米材料。

纳米铁颗粒在地下水原位修复过程中，其在地下多孔介质中的迁移距离与迁移到目标污染区域的纳米铁活性直接决定了原位修复的效果。但在实际应用中，纳米铁的迁移性和稳定性表现均不理想。未修饰的纳米铁颗粒易团聚、氧化，在大多数地下水修复案例中的迁移距离只有几厘米，表面形成铁(氢)氧化物的壳层使其反应活性下降甚至丧失，致使修复寿命受限，研究表明纳米铁在实际修复中还原能力仅能保持几天到数周。因此，扩大纳米铁在现场修复过程中的移动距离并延长其还原寿命对解决地下水中有机或重金属污染具有重要现实意义。

目前现场修复中常用的方法是通过瓜尔豆胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酸等进行表面修饰，使纳米铁颗粒间的空间斥力与空间位阻增大，势垒增强，形成稳定性较强的颗粒，进而大大减弱了纳米铁的团聚作用。但上述改性后的纳米铁注入地下含水层时，纳米铁仍旧会在重力作用下优先向下沉降迁移，水平方向迁移量有限，导致纳米铁的修复范围减小。此外，纳米铁会绕过渗透性差的含水层区域，优先通过渗透性好的含水层，即产生优先流，从而导致修复不彻底的现象出现。

CN107199013A公开了一种磁性生物炭载纳米铁的制备方法，包括：(1)改性生物炭；(2)超声浸渍法负载铁盐；(3)包覆茶多酚；(4)液相还原法制备生物炭载纳米铁；(5)磁选法分理出磁性生物炭载纳米铁，此方案存在着制备得到的磁性生物炭载纳米铁在水中的扩散能力差的问题。

CN107456997A公开了一种用于工业用水除氧的纳米铁-钯树脂，由树脂载体和负载于树脂上的纳米活性金属钯和铁组成，金属钯的重量百分含量为0.2-1％，金属铁的百分含量为0.1-0.5％，所述树脂为阴离子交换树脂、阳离子交换树脂或吸附树脂，树脂粒度为0.5-2mm，此方案所述纳米铁-钯树脂材料也存在水中扩散能力差的问题。

上述修饰手段的主要问题在于纳米铁在水体中所有移动过程都是“被动”进行的，不具备“主动”移动能力，从而限制了其移动性能，其中所述“主动”指材料能依靠自身发生物理或化学变化，驱动材料移动，因此开发一种在水体中具有“主动”移动能力的自扩散纳米铁复合材料及其制备方法仍具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自扩散纳米铁复合材料及其制备方法和用途，本发明所述自扩散纳米铁复合材料中固定有高压惰性气体，所述自扩散纳米铁复合材料在水中溶解后，释放出惰性气体，产生推力，提高自扩散纳米铁复合材料的扩散能力，从而扩大其在水体中降解污染物的范围；且糖类组分的存在阻止了纳米铁的团聚和氧化，溶解的糖类组分能够为微生物提供了碳源，有利于强化微生物对目标污染物的降解能力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：