專利名稱：一種適用于地下水治理的改性零價納米鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于地下水治理的改性零價納米鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
由于小于膠體的直徑和獨特的分子或原子結(jié)構(gòu)，納米物質(zhì)表現(xiàn)出與眾不同的機械、磁性、光學、電學、催化和化學性質(zhì)，使得它們在機械、能源、光學、電子、藥物輸送、和醫(yī)療診斷方面有著巨大的應(yīng)用潛能。納米物質(zhì)巨大的比表面積使它們有驚人的表面和量子效應(yīng)。隨著粒徑的減小，表面和表面附近的原子增加。由于表面原子具有較高的表面能，表面原子有更多的不飽和或者自由鍵。因此，為了獲得表面穩(wěn)定，表面原子有很強的與其它原子或分子相互影響、吸附和反應(yīng)的趨勢。例如，納米碳管被報道具有很大的氫儲存容量，因此可以作為理想的原料燃料電池、能源儲存或運輸介質(zhì)。 納米材料的性質(zhì)使其在環(huán)境中也有著越來越多的應(yīng)用。例如，有較強的吸收和反應(yīng)能力的納米材料被用于水、空氣凈化，危險廢物處置和環(huán)境修復。根據(jù)BCC研究所最近的技術(shù)市場研究，在2003年用于環(huán)境修復的納米技術(shù)的全球市場額只用280萬美金；不過，它在2004年很快增長到480萬美金、2005年增長到1120萬美金。隨著人們對環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注、納米材料性能的提高和公眾對納米技術(shù)的接受，到2010年，僅僅在環(huán)境修復市場中納米材料的份額就達到了 2. 4億美金[1]。零價納米鐵是強的還原劑，能降解含氯有機物、硝胺和有機染料，也能有效的去除重金屬和無機離子。由于其大的比表面積和反應(yīng)活性，零價納米鐵已經(jīng)被用于一些環(huán)境修復案例中僅僅在美國，自2001年以來有20個以上的項目被完成。在北美、歐洲和亞洲，有更多的正在計劃或建設(shè)中。盡管用納米鐵粒子能有效的降解很多污染物，但是零價納米鐵容易團聚、遷移能力有限(只能遷移幾英寸到幾英尺)，限制了零價納米鐵在地下水修復中的應(yīng)用。因此，國內(nèi)外許多科學家嘗試用聚合物、聚合電解質(zhì)對零價納米鐵進行改性，從而增強其遷移能力。也找到了一些有效的分散劑，如淀粉、聚丙烯酸、十二烷基磺酸鈉、羧甲基纖維素鈉、PV3A等，但這些分散劑的用量多、價格較高，不適于零價納米鐵在地下水中的實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種適用于地下水治理的改性零價納米鐵的制備方法。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
提供一種用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，包括如下步
驟
1)通過去離子水，分別配制FeCl3溶液與NaBH4溶液，兩者的質(zhì)量比為1.28:1;
2)采用恒流泵將上述NaBH4溶液泵入到相同體積的FeCl3溶液中，形成混合液；同時，采用電動攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌混合液；
3)待全部NaBH4溶液泵入后，繼續(xù)攪拌混合液，使得NaBH4與FeCl3反應(yīng)完全，得到零價納米鐵懸浮液；
4)靜置15min _25min，然后進行真空抽濾，將得到的零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5°C以下儲存?zhèn)溆茫?br> 5)在超純氮氣的保護下，將聚苯乙烯磺酸鈉與上述零價納米鐵按質(zhì)量比1:10溶解于脫氧去離子水中；先在300rpm±50rpm條件下攪拌20 min _30min，再調(diào)整轉(zhuǎn)速為150rpm±50rpm,繼續(xù)攪拌150 min _160min,得到改性零價納米鐵懸浮液；
6)真空抽濾，將得到的改性零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5°C以下儲存?zhèn)溆??！?yōu)選地，步驟I)中，F(xiàn)eCl3溶液濃度為O. 045 mol/L±0· 01mol/L ；NaBH4溶液濃度為 O. 25 mol/L±0. 05 mol/L。優(yōu)選地,步驟2)中，NaBH4溶液的泵入速率為40 mL/min -60 mL/min。優(yōu)選地,步驟2)中，電動攪拌機的攪拌速度為650 rpm/min±50 rpm/min。優(yōu)選地，步驟3)中，NaBH4溶液完全泵入后電動攪拌機繼續(xù)攪拌10 min _20min。優(yōu)選地，步驟5)中不斷的通入超純氮氣進行保護。優(yōu)選地，所述真空抽濾為雙層中速濾紙真空抽濾。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果
本發(fā)明具體涉及通過粒徑小、活性高的未改性零價納米鐵進行改性的工藝。經(jīng)過聚苯乙烯磺酸鈉改性的復合零價納米鐵，能在維持零價反應(yīng)活性的情況下，穩(wěn)定分散零價納米鐵、促進零價納米鐵在地下水中的遷移，從而節(jié)省零價納米鐵的投量和工程費用。該方法不僅能夠穩(wěn)定的分散零價納米鐵，促進改性零價納米鐵的遷移；而且分散劑用量少，價格便且。


圖I是本發(fā)明圖I是零價納米鐵的生產(chǎn)工藝流程 圖2是PSS改性零價納米鐵的生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本發(fā)明采用的材料和加工方法為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)材料和加工方法。實施例I :
用FeCl3. 6H20和去離子水配制濃度為O. 045 mol/L的FeCl3溶液,在600 rpm的條件下攪拌20 min ;然后用NaBH4和去離子水配制同F(xiàn)eCl3溶液等體積的、濃度為O. 25 mo/L的NaBH4溶液，用恒流泵以40 mL/min的速率泵入FeCl3溶液中；在加入NaBH4溶液的同時，利用電動攪拌器以600 rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合液；待NaBH4溶液全部泵入FeCl3溶液后，繼續(xù)攪拌15 min，使NaBH4與FeCl3混合反應(yīng)完全；靜置20 min，使用雙層中速濾紙真空抽濾，得到含水率為73. 28%的零價納米鐵，抽濾后的零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5 1以下儲存?zhèn)溆?。其工藝和設(shè)備如圖I所示，其中，I為NaBH4溶液，2為蠕動泵，3為攪拌機，4為FeCl3溶液，5為真空抽濾裝置。然后，將聚苯乙烯磺酸鈉與上述制備的零價納米鐵按質(zhì)量比10%溶解于脫氧去離子水中；在超純氮氣保護氛圍下，調(diào)節(jié)攪拌機轉(zhuǎn)速為300 rpm,攪拌20 min,然后在150 rpm條件下160 min ;攪拌結(jié)束后使用雙層中速濾紙真空抽濾，抽濾后的零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5°C以下儲存?zhèn)溆?。在上述條件下，聚苯乙烯磺酸鈉分子和零價納米鐵相互作用，形成PSS_Fe°分子，使零價納米鐵的空間位阻和靜電斥力增加，從而避免團聚。在遷移過程中，利用零價納米鐵較小的粒徑和零價納米鐵與土壤間的斥力作用，減少吸附，促進零價納米鐵的遷移，其工藝和設(shè)備如圖2所示，其中，6為氮氣系統(tǒng)，7為攪拌機，8為零價納米鐵和PSS混合溶液，9為
真空抽濾裝置。
研究成果表明pH=8時，加入聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)后，納米鐵ζ電位由+9. 4 mV降至-36. 7 mV。當納米鐵的濃度為I g ·ΙΛ Cr(VI)的初始濃度為100 mg-T1時，在10min內(nèi)，Cr (VI)的去除率已經(jīng)達到了 95%，30 min后，去除率達到99%。實施例2
用FeCl3. 6H20和去離子水配制濃度為O. 045 mol/L的FeCl3溶液,在700 rpm的條件下攪拌10 min ;然后用NaBH4和去離子水配制同F(xiàn)eCl3溶液等體積的、濃度為O. 25 mo/L的NaBH4溶液，用恒流泵以60 mL/min的速率泵入FeCl3溶液中；在加入NaBH4溶液的同時，利用電動攪拌器以700 rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合液；待NaBH4溶液全部泵入FeCl3溶液后，繼續(xù)攪拌15 min，使NaBH4與FeCl3混合反應(yīng)完全；靜置15 min，使用雙層中速濾紙真空抽濾，得到含水率為65. 43%零價納米鐵的，抽濾后的零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5 1以下儲存?zhèn)溆谩Ｆ涔に嚭驮O(shè)備同實施例I。然后，將聚苯乙烯磺酸鈉與上述制備的零價納米鐵按質(zhì)量比10%溶解于脫氧去離子水中；在超純氮氣保護氛圍下，調(diào)節(jié)攪拌機轉(zhuǎn)速為350 rpm,攪拌30 min,然后在150 rpm條件下160 min ;攪拌結(jié)束后使用雙層中速濾紙真空抽濾，抽濾后的零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5°C以下儲存?zhèn)溆谩Ｉ鲜鰧嵤├齼H為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，其特征在于包括如下步驟 1)通過去離子水，分別配制FeCl3溶液與NaBH4溶液，兩者的質(zhì)量比為1.28:1; 2)采用恒流泵將上述NaBH4溶液泵入到相同體積的FeCl3溶液中，形成混合液；同時，采用電動攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌混合液； 3)待全部NaBH4溶液泵入后，繼續(xù)攪拌混合液，使得NaBH4與FeCl3反應(yīng)完全，得到零價納米鐵懸浮液； 4)靜置15min _25min，然后進行真空抽濾，將得到的零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5°C以下儲存?zhèn)溆茫? 5)在超純氮氣的保護下，將聚苯乙烯磺酸鈉與上述零價納米鐵按質(zhì)量比1:10溶解于脫氧去離子水中；先在300rpm±50rpm條件下攪拌20 min _30min，再調(diào)整轉(zhuǎn)速為150rpm±50rpm,繼續(xù)攪拌150 min _160min,得到改性零價納米鐵懸浮液； 6)真空抽濾，將得到的改性零價納米鐵置入密封容器中，并通入超純氮氣，在5°C以下儲存?zhèn)溆谩?br> 2.根據(jù)權(quán)利I所述用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，其特征在于步驟I)中，F(xiàn)eCl3溶液濃度為O. 045 mol/L±0. 01mol/L ;NaBH4溶液濃度為O. 25mol/L + 0. 05 mol/L0
3.根據(jù)權(quán)利I所述的用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，其特征在于步驟2)中，NaBH4溶液的泵入速率為40 mL/min -60 mL/min。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，其特征在于步驟2)中，電動攪拌機的攪拌速度為650 rpm/min±50 rpm/min。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，其特征在于步驟3)中，NaBH4溶液完全泵入后電動攪拌機繼續(xù)攪拌10 min -20min。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，其特征在于步驟5)中不斷的通入超純氮氣進行保護。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法，其特征在于所述真空抽濾為雙層中速濾紙真空抽濾。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于地下水污染原位修復的改性零價納米鐵懸浮液制備方法。本發(fā)明具體涉及通過粒徑小、活性高的未改性零價納米鐵進行改性的工藝。經(jīng)過聚苯乙烯磺酸鈉改性的復合零價納米鐵，能在維持零價反應(yīng)活性的情況下，穩(wěn)定分散零價納米鐵、促進零價納米鐵在地下水中的遷移，從而節(jié)省零價納米鐵的投量和工程費用。該方法不僅能夠穩(wěn)定的分散零價納米鐵，促進改性零價納米鐵的遷移；而且分散劑用量少，價格便宜。
文檔編號C02F1/70GK102951718SQ20121044583
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者李筱琴, 殷其亮, 雷蕾, 肖陽 申請人:華南理工大學