CN102861923A - 一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法 - Google Patents

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李铁龙
刘伟
田志海
葛兴彬
金朝晖
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一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，该纳米零价铁粒子以纳米零价铁粒子为核心，在其表面包覆有瓜尔豆胶，制备方法是采用液相还原法，在瓜尔豆胶水溶液中，利用强还原剂KBH4或NaBH4还原Fe2+得到Fe0。本发明的优点是：制得的纳米零价铁粒子分布较均匀，粒径在100nm左右，比表面积大，反应活性高，对污染物的去除能力远高于普通铁粉，可广泛应用于环境污染的处理和环境修复领域；制备所需设备简单、工艺简便，反应在常温常压下即可完成，不会产生二次污染，产物为固相，反应体系为液相，产物可通过磁选法分离，适合大规模的工业生产。

Description

一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术，尤其是一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法。
背景技术
零价铁的电负性较大，具有较强的还原性，采用零价铁还原去除环境污染物是近年来国内外广泛研究应用的技术，尤其是采用纳米零价铁这样一种高新污染控制技术。纳米零价铁与普通铁粉相比，具有粒径小、比表面积大、表面能大的特点，在与其它物质的反应中具有较高的活性，处理效果远远优于普通铁粉，具有很好的应用前景，但纳米零价铁的特殊活性使其在制备过程中需要苛刻的操作条件。
目前纳米零价铁粒子的制备方法主要包括气相方法、液相方法和固相方法。
气相方法制备的纳米零价铁粒子，其纯度高、粒径小、分散均匀，但对设备要求较高，如高温高压等，操作不安全。固相制备方法虽然比较简单，可操作性强，但容易发生团聚，以及粒径分布不均匀等。
液相还原法虽然具有原理简单、设备简单、可操作性强、生产成本低等特点，但传统的液相还原法反应体系所采用的物质对环境有毒害作用，且合成的纳米粒子粒径分布不均一，容易发生团聚，反应活性低等缺陷；同时，纳米零价铁在空气中不稳定，易氧化甚至自然，这也限制了纳米零价铁的应用。
瓜尔豆胶是一种生物高分子材料，无毒、无刺激，且具有良好的生物相容性、生物可溶解性等特点，主要成分是分子量为5-80万的配糖键结合的半乳甘露聚糖、即由半乳糖和甘露糖（1:2）组成的高分子量水解胶体多糖类。本文利用瓜尔豆胶合成纳米零价铁粒子，合成过程绿色、简单，且生成的纳米零价铁因表面有瓜尔豆胶包覆，在空气中的稳定性也得到了提高。利用瓜尔豆胶还原法制备纳米零价铁在国内外还未曾见到相关报道，本发明以此为出发点，提出了一种绿色稳定的纳米零价铁制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，该制备方法所需的设备简单、工艺简便、反应时间短、对环境友好，且所制得纳米零价铁粒子具有较好的稳定性、分散性和反应活性。
本发明的技术方案：
一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，该纳米零价铁粒子以纳米零价铁粒子为核心，在其表面包覆有瓜尔豆胶，制备步骤如下：
1）将食品级瓜尔豆胶固体粉末加入去离子水中，然后缓慢加热搅拌溶解，定容后得到质量百分含量为0.05-0.1%的瓜尔豆胶溶液；
2）将0.2780gFeSO4·7H2O与30ml上述瓜尔豆胶溶液混合，然后通入氮气除氧20-40min，在转速为2000r/min下机械搅拌5-10min以使混合均匀，得到混合溶液；
3）称取0.2160g-0.2697g的KBH4或0.1515g-0.1894g的NaBH4，滴加1ml浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，再加入上述瓜尔豆胶溶液20ml，在转速为2000r/min机械搅拌下，反应30-50min，得到黑色的纳米零价铁溶液；
4）将上述纳米零价铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用蒸馏水洗涤三次，真空干燥即得到稳定的纳米零价铁粒子。
该制备方法利用强还原剂KBH4或NaBH4还原Fe2+得到Fe0。
本发明的优点和有益效果是：
1）本发明所需设备简单、工艺简便，反应在常温常压下即可完成，产物为固相，反应体系为液相，产物可通过磁选法分离，适合大规模工业生产；
2）本发明所制得的纳米零价铁粒子分布较均匀，平均粒径小，比表面积大，对污染物的去除能力远高于普通铁粉，可广泛应用于环境污染的处理和环境修复领域；
3）本发明所制得的纳米零价铁粒子的粒径分布在100nm左右，所采用的瓜尔豆胶廉价易得，生物相容性好，无毒且可生物降解，不会产生二次污染；因瓜尔豆胶对纳米零价铁的包覆，是其在空气中的稳定性提高，为材料的储存和运输带来了便利，具有较好的市场前景。
附图说明
图1为制备的纳米零价铁粒子投射电镜照片。
图2为制备的纳米零价铁粒子与普通铁粉去除水中Cr（VI）性能比较图。具体实施方式
本发明通过以下实施例结合附图进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
实施例1：
一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，该纳米零价铁粒子以纳米零价铁粒子为核心，在其表面包覆有瓜尔豆胶，制备步骤如下：
1）将食品级瓜尔豆胶固体粉末加入去离子水中，然后缓慢加热搅拌溶解，定容后得到质量百分含量为0.05%的瓜尔豆胶溶液；
2）在三口烧瓶中，将0.2780gFeSO4·7H2O与30ml上述瓜尔豆胶溶液混合，然后通入氮气除氧20-40min，在转速为2000r/min下机械搅拌5-10min以使混合均匀，得到混合溶液；
3）称取0.2160gg的KBH4滴加1ml浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，再加入上述瓜尔豆胶溶液20ml，在转速为2000r/min机械搅拌下，反应30min，得到黑色的纳米零价铁溶液；
4）将上述纳米零价铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用蒸馏水洗涤三次，真空干燥即得到稳定的纳米零价铁粒子。
制得的纳米零价铁粒子的实验验证如下：
使用投射电子显微镜（TEM）测定制得的纳米零价铁粒子。
图1为制备的纳米零价铁粒子投射电镜照片，图中显示：该纳米零价铁粒子粒径分布范围在100nm左右，且粒径分布较均匀。
图2为制备的纳米零价铁粒子与普通铁粉去除水中Cr（VI）性能比较图。
向100ml初始浓度为40mg/L的Cr（VI）溶液中分别投加瓜尔豆胶纳米铁和普通铁粉，使反应体系中Fe0的浓度为0.5g/L，常温常压下反应，采用二苯碳酞二肪分光光度法测定溶液中残留的Cr（VI），检测结果表明：乙二醇法合成的纳米铁对Cr（VI）的去除能力远远高于普通铁粉。
实施例2：
一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：在制备黑色的纳米铁溶液时，采用0.1515g的NaBH4，制得稳定的纳米零价铁粒子。
制得的纳米零价铁粒子的实验验证结果与实施例1相同。
实施例3：
一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，制备步骤如下：
1）将食品级瓜尔豆胶固体粉末加入去离子水中，然后缓慢加热搅拌溶解，定容后得到质量百分含量为0.1%的瓜尔豆胶溶液；
2）在三口烧瓶中，将0.2780gFeSO4·7H2O与30ml上述瓜尔豆胶溶液混合，然后通入氮气除氧20-40min，在转速为2000r/min下机械搅拌5-10min以使混合均匀，得到混合溶液；
3）称取0.2160g的KBH4，滴加1ml浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，再加入上述瓜尔豆胶溶液20ml，在转速为2000r/min机械搅拌下，反应50min，得到黑色的纳米零价铁溶液；
4）将上述纳米零价铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用蒸馏水洗涤三次，真空干燥即得到稳定的纳米零价铁粒子。
制得的纳米零价铁粒子的实验验证结果与实施例1相同。
实施例4：
一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，制备步骤与实施例3基本相同，不同之处在于：在制备黑色的纳米铁溶液时，采用0.1515g的NaBH4，制得稳定的纳米零价铁粒子。
制得的纳米零价铁粒子的实验验证结果与实施例1相同。

Claims (1)

1.一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法，其特征在于：该纳米零价铁粒子以纳米零价铁粒子为核心，在其表面包覆有瓜尔豆胶，制备步骤如下：
1）将食品级瓜尔豆胶固体粉末加入去离子水中，然后缓慢加热搅拌溶解，定容后得到质量百分含量为0.05-0.1%的瓜尔豆胶溶液；
2）将0.2780gFeSO4·7H2O与30ml上述瓜尔豆胶溶液混合，然后通入氮气除氧20-40min，在转速为2000r/min下机械搅拌5-10min以使混合均匀，得到混合溶液；
3）称取0.2160g-0.2697g的KBH4或0.1515g-0.1894g的NaBH4，滴加1ml浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，再加入上述瓜尔豆胶溶液20ml，在转速为2000r/min机械搅拌下，反应30-50min，得到黑色的纳米零价铁溶液；
4）将上述纳米零价铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用蒸馏水洗涤三次，真空干燥即得到稳定的纳米零价铁粒子。
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