一種制備零價納米鐵顆粒的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備零價納米鐵顆粒的方法。該方法，包括如下步驟：1)將可溶性鐵鹽的水溶液與聚電解質(zhì)混勻得到聚合物溶液，進行靜電紡絲，得到納米纖維氈；2)在厭氧條件下，將還原劑的水溶液與步驟1)所得納米纖維氈進行反應，反應完畢收集所得沉淀，即為所述零價納米鐵顆粒。該方法制備的納米鐵粒子，平均粒徑為20-50nm，顆粒分散均勻，且可根據(jù)各個參數(shù)條件調(diào)整而變化，無團簇現(xiàn)象。
【專利說明】一種制備零價納米鐵顆粒的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領域，涉及一種制備零價納米鐵顆粒的方法。

【背景技術】
[0002]零價納米鐵顆粒以其卓越的磁性能及巨大的應用潛力備受矚目，可廣泛用于磁流體制備、磁共振成像、磁性細胞分離、及催化與環(huán)境修復等眾多領域。特別在環(huán)境修復領域，大量的研究表明，與普通鐵粉和鐵屑相比，零價納米鐵粒徑小，比表面積大，吸附性強，表面能大，具有較高的活性。用納米鐵顆粒在處理機氯化物、重金屬離子、染料及硝酸鹽等污染物方面有著良好的應用前景。
[0003]零價納米鐵是指粒徑在I?10nm內(nèi)的Fe°顆粒。納米鐵的制備方法包括物理方法和化學方法。物理方法有物理氣相沉積法(蒸發(fā)冷凝法)、金屬蒸氣合成法、濺射法、真空蒸發(fā)法、物理粉碎法和機械合金法等?；瘜W方法有固相還原法和液相還原法、熱解羰基鐵法、共沉淀法、電沉積法、溶膠-凝膠法和水熱合成法等。此外，還存在一些制備納米鐵的其他方法，包括聚合法、鹽析法、LB膜法和分子自組裝法(SA)。但所有這些方法制備的納米鐵顆粒存在粒徑較大，分布不均勻的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種制備零價納米鐵顆粒的方法。
[0005]本發(fā)明提供的制備零價納米鐵顆粒的方法，包括如下步驟:
[0006]I)將可溶性鐵鹽的水溶液與聚電解質(zhì)混勻得到聚合物溶液，進行靜電紡絲，得到納米纖維氈；
[0007]2)在厭氧條件下，將還原劑的水溶液與步驟I)所得納米纖維氈進行反應，反應完畢收集所得沉淀，即為所述零價納米鐵顆粒。
[0008]上述方法的所述步驟I)中，可溶性鐵鹽為FeSO4.7H20或FeCl3 ；
[0009]所述可溶性鐵鹽的水溶液的濃度為0.02M?0.2M ;
[0010]所述聚電解質(zhì)為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚氧化乙烯(PEO);所述PVP的平均分子量為1300000，PEO的平均分子量為1000000 ；
[0011]所述聚合物溶液中，聚電解質(zhì)PVP的質(zhì)量百分濃度為8%-12%，具體為9.1%；PE0的質(zhì)量百分濃度為具體為2.9%;
[0012]所述靜電紡絲步驟中，針頭與收集纖維氈的鋁箔之間的距離為8cm-10cm，具體為8.5cm、9cm;由可溶性鐵鹽的水溶液和PVP組成的聚合物溶液的流量為3 μ l/min_5 μ I/min,由可溶性鐵鹽的水溶液和PEO組成的聚合物溶液的流量為8_10 μ 1/min ；電壓隨著流量以及距離的變化而變化；
[0013]所述步驟2)中，強還原劑為NaBH4或KBH4 ；
[0014]強還原劑的水溶液的濃度為所述可溶性鐵鹽的水溶液濃度的4-6倍。
[0015]該步驟中，還原劑的水溶液滴加到步驟I)所得納米纖維氈上時，即使所述納米纖維氈溶解，同時還原劑與納米纖維氈中的鐵鹽進行還原反應，金屬鐵鹽在強還原劑的作用下被還原成單質(zhì)金屬鐵粒子，生成含有零價納米鐵顆粒的黑色懸濁液。
[0016]相關的反應方程式如下:
[0017]Fe2++2BH4_+6H20 — Fe+2B (OH) 3+7Η2 ?
[0018]另外，按照上述方法制備得到的零價納米鐵顆粒，也屬于本發(fā)明的保護范圍。該零價納米鐵顆粒的平均粒徑為20_50nm。
[0019]本發(fā)明提供的零價納米鐵顆粒的制備方法簡單，容易操作，而且制備的納米鐵顆粒分布均勻，平均粒徑小于lOOnm，且粒徑可根據(jù)所含鐵鹽濃度、高分子聚合物濃度等參數(shù)調(diào)整而變化，無團簇現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1所得零價納米鐵顆粒的TEM圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑獲得。下述實施例所用PVP的平均分子量為1300000，ΡΕ0的平均分子量為1000000。
[0022]實施例1
[0023]1)稱取5.56g的FeS04.7H20,溶于100ml的去離子水中，得到FeS04.7H20的水溶液。
[0024]然后稱取10g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，添加到FeS04.7H20的水溶液中，此后置于磁力攪拌器上，進行攪拌，PVP溶解，攪拌均勻后，得到鐵鹽濃度為0.2M，PVP的質(zhì)量百分濃度為9.1%的混合紡絲溶液，進行靜電紡絲工序。針頭與鋁箔之間的距離是8.5cm, PVP的流量為3 μ 1/min的時候，正電壓為6.5kv,負電壓為9kv，納米纖維落在鋁箔上，撕下即得到包含鐵鹽的納米纖維氈。
[0025]2)稱取3.02g NaBH4,置于100ml的去離子水中，配置成0.8mol/L的NaBH4的水溶液。
[0026]在厭氧培養(yǎng)箱中，將NaBH4的水溶液逐步滴加在納米纖維氈上，纖維氈溶解，攪拌，使之反應完全，得到黑色懸濁液，然后靜置，沉淀，完成沉淀后，用膠頭滴管移除上清液，再將其放入真空干燥箱干燥，得到本發(fā)明提供的零價納米鐵顆粒。
[0027]如圖1所示TEM的測試結(jié)果表明:納米鐵顆粒的平均粒徑為20nm，無團簇現(xiàn)象。
[0028]實施例2
[0029]1)稱取5.56g的FeS04.7Η20，溶于100ml的去離子水中，得到FeS04.7Η20的水溶液。
[0030]然后稱取3g聚氧化乙烯(ΡΕ0)，添加到FeS04.7H20的水溶液中，此后置于磁力攪拌器上，進行攪拌，ΡΕ0溶解，攪拌均勻后，得到鐵鹽濃度為0.2M，ΡΕ0的質(zhì)量百分濃度為2.9%的混合紡絲溶液，從而進行靜電紡絲工序。針頭與鋁箔之間的距離是9cm，ΡΕ0的流量為10 μ Ι/min的時候，正電壓為6.5kv，負電壓為7kv，納米纖維落在鋁箔上，撕下即得到包含鐵鹽的納米纖維氈。
[0031]2)稱取3.02g的NaBH4,置于10ml的去離子水中，配置成0.8mol/L的NaBH4的水溶液。
[0032]在厭氧培養(yǎng)箱中，將NaBH4的水溶液逐步滴加在納米纖維氈上，纖維氈溶解，攪拌，使之反應完全，得到黑色懸濁液，然后靜置，沉淀，完成沉淀后，用膠頭滴管移除上清液，再將其放入真空干燥箱干燥，得到本發(fā)明提供的零價納米鐵顆粒。
[0033]TEM的測試結(jié)果表明:納米鐵顆粒平均粒徑在50nm，無團簇現(xiàn)象。
【權利要求】
1.一種制備零價納米鐵顆粒的方法，包括如下步驟: 1)將可溶性鐵鹽的水溶液與聚電解質(zhì)混勻得到聚合物溶液，進行靜電紡絲，得到納米纖維氈； 2)在厭氧條件下，將還原劑的水溶液與步驟I)所得納米纖維氈進行反應，反應完畢收集所得沉淀，即為所述零價納米鐵顆粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，可溶性鐵鹽為FeSO4WH2O或 FeCl3； 所述可溶性鐵鹽的水溶液的濃度為0.02M?0.2M。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步驟I)中，聚電解質(zhì)為聚乙烯吡咯烷酮或聚氧化乙烯； 其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量為1300000 ;所述聚氧化乙烯的平均分子量為 1000000 ； 所述聚合物溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量百分濃度為8% -12% ;聚氧化乙烯的質(zhì)量百分濃度為
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的方法，其特征在于:所述步驟I)靜電紡絲步驟中，針頭與收集纖維氈的鋁箔之間的距離為8cm-10cm ； 由可溶性鐵鹽的水溶液和聚乙烯吡咯烷酮組成的聚合物溶液的流量為3 μ I /min-5μ 1/min ； 由可溶性鐵鹽的水溶液和聚氧化乙烯組成的聚合物溶液的流量為8-10 μ 1/min。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，還原劑為NaBH4*KBH4 ； 還原劑的水溶液的濃度為所述可溶性鐵鹽的水溶液濃度的4-6倍。
6.權利要求1-5任一所述方法制備得到的零價納米鐵顆粒。
7.根據(jù)權利要求6所述的零價納米鐵顆粒，其特征在于:所述零價納米鐵顆粒的平均粒徑為20-50nm。
【文檔編號】B22F9/24GK104308173SQ201410498126
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權日:2014年9月25日
【發(fā)明者】程榮, 程燦, 張萌, 李冠清, 楊喆, 譚雪, 馬中, 石磊 申請人:中國人民大學