納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法。更詳細而言，涉及在核區(qū)域具備納米零價鐵，在殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)(lipids)，從而能夠抑制因親水性的無機離子而形成氧化膜，并防止自然有機物在納米零價鐵表面沉積，抑制納米零價鐵的反應(yīng)性下降，增加對疏水性氯化有機化合物的選擇反應(yīng)性，提高特定氯化有機化合物的分解特性的納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，在環(huán)境污染物質(zhì)的處理方面，納米技術(shù)的應(yīng)用十分活躍。其中，利用納米零價鐵(nanoscale zero-valent iron)的氯化有機化合物的還原性清除技術(shù)在水處理領(lǐng)域得到了活躍的研究。利用納米零價鐵的氯化有機化合物的處理利用了在厭氧性條件下發(fā)生的化學(xué)性還原反應(yīng)，在使殘留性久、毒性高且具有難分解性的特性的諸如氯酹(chloropenols)等氯化有機化合物脫氯(dechlorinat1n)而實現(xiàn)無害化方面具有效果。特別是納米零價鐵，與現(xiàn)有的微米大小的零價鐵相比，在相同的質(zhì)量時，具有較高的比表面積，因而對污染物質(zhì)的反應(yīng)性高，隨著納米技術(shù)的發(fā)展而倍受矚目(C.B.Wang, W.X.Zhang,Synthesizing nanoscale iron particles for rapid and completedechlorinat1n of TCE and PCBsj Environmental Science&Technology，31 (1997)2154-2156)。但是，納米零價鐵在應(yīng)用于除氯化有機化合物之外有多種有機無機化合物共存的實際水處理工序時存在局限。
[0003]納米零價鐵不能僅與氯化有機化合物，還能夠與多種有機無機化合物反應(yīng)。在氯化有機化合物與其它有機無機化合物共存的水系中，因并非對象污染物質(zhì)的其它化合物而消耗了納米零價鐵的反應(yīng)性，從而會降低對作為實際清除對象的氯化有機化合物的反應(yīng)性。最具代表性的可以列舉納米零價鐵與大氣及溶解氧反應(yīng)的情形。如果納米零價鐵暴露于氧中，則在納米零價鐵的表面急劇形成氧化膜，反應(yīng)性大幅減小。
[0004]此外，多種有機無機化合物和氯化有機化合物的共存，使納米零價鐵對氯化有機化合物的反應(yīng)性減小。已知硝酸鹽(no3_)是容易被納米零價鐵還原的代表性無機物質(zhì)，當以3mM以上的濃度同時存在時，將使納米零價鐵對氯化有機化合物的反應(yīng)性急劇下降。有報告稱，地下水及污水中經(jīng)常存在的無機離子(Cl' HC03_、SO42' HPO42-)也使得在納米零價鐵的表面形成氧化膜，減小對氯化有機化合物的反應(yīng)性。另外還報告了在腐植酸(humicacid)存在一種以上時，氯化有機化合物(氯酹等)的清除率下降的研究結(jié)果(JuhaniPeuravuorij Nina Paasoj Kalevi Pihlajaj Sorpt1n behav1ur of some chlorophenolsin lake aquatic humic matter，Talanta，56(2002)523-538)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]非專利文獻
[0007]非專利文獻I:C.B.Wang, ff.X.Zhang, Synthesizing nanoscale iron particlesfor rapid and complete dechlorinat1n of TCE and PCBsj Environmental Science&Technology, 31(1997)2154-2156.
[0008]非專利文獻2: Juhan i Peuravuor i, Nina Paaso, KaleviPihlaja,Sorpt1n behav1ur of some chlorophenols in lake aquatic humicmatter, Talanta, 56(2002)523-538.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明正是為了解決如上所述的問題而研發(fā)的，涉及一種在核區(qū)域具備納米零價鐵，在殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)(lipids)，從而能夠抑制因親水性的無機離子而形成氧化膜，并防止自然有機物在納米零價鐵表面沉積，抑制納米零價鐵的反應(yīng)性下降，增加對疏水性氯化有機化合物的選擇反應(yīng)性，提高特定氯化有機化合物的分解特性的納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法。
[0010]為達成所述目的，根據(jù)本發(fā)明實施方式的納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體包括:納米零價鐵被固定化的第一藻酸鹽珠；以及在所述第一藻酸鹽珠表面上具備且脂質(zhì)(lipids)被固定化的第二藻酸鹽珠。
[0011]另外，根據(jù)本發(fā)明實施方式的納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體制造方法包括:將分散有納米零價鐵的藻酸鹽水溶液滴加于固化溶液中進行固化，制造納米零價鐵被固定化的第一藻酸鹽珠的步驟；將所述第一藻酸鹽珠投入分散有脂質(zhì)的藻酸鹽水溶液，在所述第一藻酸鹽珠表面上形成水溶液層的步驟；以及將形成有所述水溶液層的第一藻酸鹽珠滴加于固化溶液，使所述水溶液層固化成脂質(zhì)被固定化的第二藻酸鹽珠形態(tài)，制造由核區(qū)域與殼區(qū)域構(gòu)成的復(fù)合體，所述核區(qū)域由第一藻酸鹽珠構(gòu)成，所述殼區(qū)域由在所述第一藻酸鹽珠表面上形成的第二藻酸鹽珠構(gòu)成。
[0012]根據(jù)一個實施方式，所述制造納米零價鐵被固定化的第一藻酸鹽珠的步驟的所述分散有納米零價鐵的藻酸鹽水溶液可以以包括如下步驟的方法制造:混合藻酸鹽粉末與蒸懼水，制造I?5w/v%濃度的藻酸鹽水溶液的步驟；以及使納米零價鐵在所述藻酸鹽水溶液內(nèi)分散的步驟。另外，在所述第一藻酸鹽珠表面上形成水溶液層的步驟的所述分散有脂質(zhì)的藻酸鹽水溶液可以以包括如下步驟的方法制造:混合藻酸鹽粉末與蒸餾水，制造I?5w/v%濃度的藻酸鹽水溶液的步驟；以及使脂質(zhì)在所述藻酸鹽水溶液內(nèi)分散的步驟。
[0013]一個實施方式的所述固化溶液為3?4w/v%濃度的氯化鈣(CaCl2)水溶液。另外，作為一個實施例，所述分散有納米零價鐵的藻酸鹽水溶液的所述藻酸鹽粉末與納米零價鐵的質(zhì)量比為1:1，所述分散有脂質(zhì)的藻酸鹽水溶液的所述藻酸鹽粉末與脂質(zhì)的質(zhì)量比為1:1的質(zhì)量比。所述脂質(zhì)可以是油酸或三油酸甘油酯。
[0014]本發(fā)明的納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法具有如下效果。
[0015]使納米零價鐵在核區(qū)域固定化，使疏水性的脂質(zhì)在殼區(qū)域被覆，通過對親水性有機無機化合物(無機離子、自然有機物)的無差別的反應(yīng)，能夠防止納米零價鐵的反應(yīng)性下降。同時，使疏水性污染物質(zhì)選擇性地吸附，從而能夠提高納米零價鐵對疏水性污染物質(zhì)的分解效率。另外，以藻酸鹽珠形態(tài)構(gòu)成復(fù)合體，因而能夠容易地回收納米零價鐵。
【附圖說明】
[0016]圖1是用于說明本發(fā)明一個實施例的納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體的制造方法的流程圖。
[0017]圖2是本發(fā)明一個實施例的納米零價鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體的模式圖。
[0018]圖3a及圖3b是表示本發(fā)明的復(fù)合體(AOAI)與對照組(Al)是否含有脂質(zhì)的FT-1R結(jié)果。
[0019]圖4a及圖4b是表示在硝酸鹽及腐植酸共存的情況和不共存的情況下，使本發(fā)明的復(fù)合體(AOAI)和對照組(Al)分別與TCP反應(yīng)時，TCP的根據(jù)時間的清除量的影響的圖表。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明涉及通過納米零價鐵(nanosize zero valent iron)使氯化有機化合物分解的復(fù)合體，提出一種能夠抑制親水性有機無機化合物與納米零價鐵之間的反應(yīng)，防止納米零價鐵的反應(yīng)性下降現(xiàn)象，并提高具有疏水性的氯化有機化合物的吸附特性，最終使氯化有機化合物的分解效率實現(xiàn)最大化的技術(shù)。
[0021]用于防止納米零價鐵的氧化及反應(yīng)性下降現(xiàn)象的最有效方法，是切斷納米零價鐵與親水性有機無機污染物質(zhì)的直接接觸，為此，本發(fā)明提出核殼(core-shell)結(jié)構(gòu)的復(fù)合體。所述復(fù)合體在核區(qū)域具備納米零價鐵，在包圍核區(qū)域的殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)(lipids)，使納米零價鐵不露出于外部，從而能夠防止納米零價鐵因與親水性無機離子的接觸而氧化，防止因自然有機物在納米零價鐵表面沉積而導(dǎo)致與疏水性氯化有機化合物的反應(yīng)性下降的現(xiàn)象。
[0022]根據(jù)一個實施方式，所述核區(qū)域的納米零價鐵與殼區(qū)域的脂質(zhì)形成分別固定于藻酸鹽珠內(nèi)的形態(tài)。即，納米零價鐵在第一藻酸鹽珠內(nèi)固定化而形成核區(qū)域，脂質(zhì)在第二藻酸鹽珠內(nèi)固定化而形成殼區(qū)域。由于第一藻酸鹽珠和第二藻酸鹽珠的雙重層結(jié)構(gòu)，能夠明確區(qū)分具備納米零價鐵的區(qū)域與具備脂質(zhì)的區(qū)域，藻酸鹽珠形成復(fù)合體的外形，因而提高了應(yīng)用于水處理工序后的回收容易性。
[0023]在水系中，除四氯乙烯(PCE)、五氯酚(PCP)、艾氏劑、六氯苯(HCB)等水-辛醇分配系數(shù)高的氯化有機化合物之外，還包含多樣的有機無機化合物，氯化有機化合物具有疏水性，相反，在水系中存在的大部分有機無機化合物(no3_、Cl' hco3_、so42_、hpo42_、腐植酸)具有未水性。
[0024]就根據(jù)本發(fā)明實施方式的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體而言，由于在殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)，因而親水性有機無機化合物的吸附被抑制，只有具有疏水性的氯化有機