CN101456077A - 纳米零价铁基功能宏观球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米零价铁基功能宏观球的制备方法。包括：交联前驱溶液的配制：将聚乙烯醇加入到无氧的蒸馏水中，再加入海藻酸钠溶解后，将此溶液冷却至室温；纳米零价铁的分散溶液配制：使用无水乙醇作为溶剂，调节其pH值为8～10，再分别加入聚乙烯吡咯烷酮、纳米零价铁粉体和活性炭，利用超声波对粉体进行分散。在温度为15～45℃条件下，将交联前驱溶液和纳米零价铁的分散溶液按体积比为10∶1～2∶1的比例混合均匀，然后将此混合溶液滴加到饱和硼酸溶液中生成直径为0.5～10mm的球。本发明与纳米级的粉体相比，本发明制备的纳米零价铁基功能宏观球在污染水体的工程治理时，可极大地降低动力消耗，使得纳米零价铁的大规模应用成为可能。

Description

纳米零价铁基功能宏观球的制备方法

技术领域

本发明涉及污染水体治理技术领域，特别涉及纳米零价铁基功能宏观球的制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，我国水环境受污染状况越来越严重，如何经济有效地去除水体中的污染物成为当前研究的热点问题之一。近年来，零价铁已经被证明能够降解和去除环境中的有机污染物质和无机污染物质，并得到了广泛地研究和应用。

纳米零价铁是指粒径为1～100nm的超细铁粉，因其介于宏观的常规细粉和微观的原子团簇之间的过渡区域，故呈现出一些独特的性质。许多研究表明纳米零价铁能还原去除水中的许多污染物，如溶解性有机氯化物、PCBs和硝基苯类化合物等。纳米零价铁与普通铁粉相比，其优势是粒径小，比表面积大，反应活性高，处理效果远远优于普通铁粉。然而，由于纳米零价铁粉体极易团聚，造成其反应活性降低；另一方面，纳米零价铁粉体的空气稳定性差，其在空气中易氧化甚至自燃，从而为纳米零价铁粉体的使用和运输带来了诸多不便。尽管有报道可以将纳米零价铁制备成具有一定抗氧化能力和分散性能的改性纳米级铁粉，但是，其纳米级的尺寸使得通过上述手段改性后的零价铁粉体在使用时极不方便，在污染水体治理时动力消耗无法承受，以至于在实际工程应用中很难大规模地使用。

发明内容

本发明的目的在于克服当前纳米零价铁粉体或改性纳米零价铁粉体的缺点，提供一种新颖、高效、经济可行、使用方便的纳米零价铁基功能宏观球的制备方法。本发明制备的纳米零价铁基功能宏观球用于污染水体的治理时，不仅可以保持纳米零价铁粉体的基本除污性能，还可以克服纳米零价铁粉体易团聚、易氧化、无法工程化应用等缺点。本发明的纳米零价铁基功能宏观球可在污染水体治理的实际工程中大规模地应用。

纳米零价铁基功能宏观球的具体制备方法如下：

1)交联前驱溶液的配制：将质量百分比含量为4％～15％的聚乙烯醇加入到无氧的蒸馏水中，加热此溶液直至聚乙烯醇完全溶解为止；再加入质量百分比含量为1％～5.5％的海藻酸钠溶解后，将此溶液冷却至室温；

2)纳米零价铁的分散溶液配制：使用无水乙醇作为溶剂，调节其pH值为8～10，再分别加入聚乙烯吡咯烷酮、纳米零价铁粉体和活性炭，利用超声波对粉体进行分散10～30分钟，即得纳米零价铁的分散溶液；上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比含量为1％～4％；纳米零价铁粉体的质量百分比含量为5％～35％；活性炭的质量百分比含量为2％～10％；

3)纳米零价铁基功能宏观球的制备：在温度为15～45℃条件下，将交联前驱溶液和纳米零价铁的分散溶液按体积比为10：1～2：1的比例混合均匀，然后将此混合溶液滴加到饱和硼酸溶液中生成直径为0.5～10mm的球，并固化交联5～25小时后，再用质量浓度0.5％～1.5％的盐水洗涤，即得纳米零价铁基功能宏观球。

本发明的独特之处在于：(1)在制备纳米零价铁基功能宏观球之前，利用碱性条件下纳米零价铁对于聚乙烯吡咯烷酮的吸附作用，对纳米零价铁粉体进行了分散处理，避免了纳米零价铁基功能宏观球内部纳米颗粒间的团聚现象；(2)活性炭的加入提高了本发明纳米零价铁基功能宏观球内部的孔隙率，其优势在于当使用本发明纳米零价铁基功能宏观球进行污染水体治理时，可强化污染物在球体内的传质效果；(3)与纳米级的粉体相比，本发明制备的纳米零价铁基功能宏观球在污染水体的工程治理时，可极大地降低动力消耗，使得纳米零价铁的大规模应用成为可能。

通过实验室的摇瓶对比研究发现，纳米零价铁粉体和本发明制备的纳米零价铁基功能宏观球对于重金属六价铬的去除率都在95％以上，表明本发明制备的纳米零价铁基功能宏观球并未损失其纳米粉体的基本活性；通过固定床治理含重金属六价铬的废水试验发现，在相同的动力设备条件下，污水不能通过装填纳米零价铁粉体的固定床，而很容易通过装填本发明制备的纳米零价铁基功能宏观球的固定床，且能够满足污水治理的要求。

具体实施方式

实施例1：

(1)交联前驱溶液的配制：将聚乙烯醇加入到无氧的蒸馏水中，加热此溶液直至聚乙烯醇完全溶解为止。再加入海藻酸钠溶解后，将此溶液冷却至室温。上述交联前驱溶液中，聚乙烯醇的质量百分比含量为4％；海藻酸钠的质量百分比含量为3％。

(2)纳米零价铁的分散溶液配制：使用无水乙醇作为溶剂，调节其pH值为8，再分别加入聚乙烯吡咯烷酮、纳米零价铁粉体和活性炭，利用超声波对粉体进行分散20分钟，即得纳米零价铁的分散溶液。上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比含量为4％；纳米零价铁粉体的质量百分比含量为20％；活性炭的质量百分比含量为6％。

(3)在温度为15℃条件下，将交联前驱溶液和纳米零价铁的分散溶液按体积比为10：1的比例混合均匀，然后将此混合溶液滴加到饱和硼酸溶液中生成直径为0.5mm的球，并固化交联15小时后，再用0.5％的盐水洗涤，即得纳米零价铁基功能宏观球。

实施例2：

(1)交联前驱溶液的配制：将聚乙烯醇加入到无氧的蒸馏水中，加热此溶液直至聚乙烯醇完全溶解为止。再加入海藻酸钠溶解后，将此溶液冷却至室温。上述交联前驱溶液中，聚乙烯醇的质量百分比含量为10％；海藻酸钠的质量百分比含量为1％。

(2)纳米零价铁的分散溶液配制：使用无水乙醇作为溶剂，调节其pH值为9，再分别加入聚乙烯吡咯烷酮、纳米零价铁粉体和活性炭，利用超声波对粉体进行分散10分钟，即得纳米零价铁的分散溶液。上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比含量为2.5％；纳米零价铁粉体的质量百分比含量为35％；活性炭的质量百分比含量为10％。

(3)在温度为30℃条件下，将交联前驱溶液和纳米零价铁的分散溶液按体积比为5：1的比例混合均匀，然后将此混合溶液滴加到饱和硼酸溶液中生成直径为6mm的球，并固化交联25小时后，再用1.5％的盐水洗涤，即得纳米零价铁基功能宏观球。

实施例3：

(1)交联前驱溶液的配制：将聚乙烯醇加入到无氧的蒸馏水中，加热此溶液直至聚乙烯醇完全溶解为止。再加入海藻酸钠溶解后，将此溶液冷却至室温。上述交联前驱溶液中，聚乙烯醇的质量百分比含量为15％；海藻酸钠的质量百分比含量为5.5％。

(2)纳米零价铁的分散溶液配制：使用无水乙醇作为溶剂，调节其pH值为10，再分别加入聚乙烯吡咯烷酮、纳米零价铁粉体和活性炭，利用超声波对粉体进行分散30分钟，即得纳米零价铁的分散溶液。上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比含量为1％；纳米零价铁粉体的质量百分比含量为5％；活性炭的质量百分比含量为2％。

(3)在温度为45℃条件下，将交联前驱溶液和纳米零价铁的分散溶液按体积比为2：1的比例混合均匀，然后将此混合溶液滴加到饱和硼酸溶液中生成直径为10mm的球，并固化交联5小时后，再用1.0％的盐水洗涤，即得纳米零价铁基功能宏观球。

本发明提出的纳米零价铁基功能宏观球的制备方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (1)

1.一种纳米零价铁基功能宏观球的制备方法，其特征是步骤如下：

1)交联前驱溶液的配制：将质量百分比含量为4％～15％的聚乙烯醇加入到无氧的蒸馏水中，加热此溶液直至聚乙烯醇完全溶解为止；再加入质量百分比含量为1％～5.5％的海藻酸钠溶解后，将此溶液冷却至室温；

2)纳米零价铁的分散溶液配制：使用无水乙醇作为溶剂，调节其pH值为8～10，再分别加入聚乙烯吡咯烷酮、纳米零价铁粉体和活性炭，利用超声波对粉体进行分散10～30分钟，即得纳米零价铁的分散溶液；上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分比含量为1％～4％；纳米零价铁粉体的质量百分比含量为5％～35％；活性炭的质量百分比含量为2％～10％；

3)纳米零价铁基功能宏观球的制备：在温度为15～45℃条件下，将交联前驱溶液和纳米零价铁的分散溶液按体积比为10：1～2：1的比例混合均匀，然后将此混合溶液滴加到饱和硼酸溶液中生成直径为0.5～10mm的球，并固化交联5～25小时后，再用质量浓度0.5％～1.5％的盐水洗涤，即得纳米零价铁基功能宏观球。