CN102861925A - 一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法 - Google Patents

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李铁龙
刘伟
田志海
王振虹
金朝晖
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Abstract

一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法，采用液相还原法，在乙二醇存在的条件下，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且分布范围窄，粒径在10nm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，在水、乙醇和空气中均有较好的稳定性，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，反应在常温常压下进行，仅需5-10min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

一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术，尤其是一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法。
背景技术
由于零价铁电负性较大，还原性较强，采用零价铁还原去除环境污染物是国内外广泛研究应用的技术。在零价铁去除污染物的基础上，近年来将纳米零价铁应用于环境污染物降解的研究已成为一个新的热点，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时间长，动力消耗大，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。
乙二醇是最简单的二元醇，无色无臭、有甜味，其羟基中的H较活泼，具有一定的还原性，利用乙二醇做溶剂，采用液相还原法制备纳米零价铁粒子在国内外还未曾见到相关报道，本发明以此为出发点，提出了一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提共一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法，该方法所需的设备简单、工艺简便、反应时间短，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：
一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法，步骤如下：
1）分别将乙二醇、无水乙醇及去离子水通入氮气除氧30min，备用；
2）将0.1988g FeCl2·4H2O溶于30ml除氧后的乙二醇溶液中，得到FeCl2的乙二醇溶液；
3）在0.2698g KBH4或0.1892g NaBH4中，滴加1ml浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，再加入除氧后的乙二醇溶液20ml，得到KBH4或NaBH4的乙二醇溶液；
4）在转速为2000r/min机械搅拌下将KBH4或NaBH4的乙二醇溶液加入FeCl2的乙二醇溶液中，溶液立即变黑并带有放热、气泡等现象，待无气泡产生后，制得到黑色的纳米零价铁溶液；
5）将上述纳米零价铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用除氧后的去离子水洗涤三次，再用除氧后的无水乙醇洗涤三次，真空干燥即得到新型稳定的纳米零价铁粒子。
该制备方法利用强还原剂KBH4或NaBH4，在乙二醇做溶剂条件下还原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、反应时间短（5-10min），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范围窄，在（10±2）nm左右，平均粒径为10nm，在水或乙醇中稳定分布，且在空气中也有较好的稳定性，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的XRD谱图。
图3为制备的纳米零价铁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：
一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法，步骤如下：
1）分别将乙二醇、无水乙醇及去离子水通入氮气除氧30min，备用；
2）在500ml三口烧瓶中，将0.1988g FeCl2·4H2O溶于30ml除氧后的乙二醇溶液中，得到FeCl2的乙二醇溶液；
3）在0.2698g KBH4中，滴加1ml浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，再加入除氧后的乙二醇溶液20ml，得到KBH4的乙二醇溶液；
4）在转速为2000r/min机械搅拌下将KBH4的乙二醇溶液加入FeCl2的乙二醇溶液中，溶液立即变黑并带有放热、气泡等现象，待无气泡产生后，制得到黑色的纳米零价铁溶液；
5）将上述纳米零价铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用除氧后的去离子水洗涤三次，再用除氧后的无水乙醇洗涤三次，真空干燥即得到新型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）和XRD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为10±2nm，且粒径分布较均匀。
图2为制备的纳米零价铁粒子的XRD谱图，图中表明：在45°处有明显的衍射峰，表明所制备的纳米零价铁为单质α-Fe0。
图3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）溶液中分别投加乙二醇纳米铁和普通铁粉，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：
一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法，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0.1892g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)

1.一种新型稳定的纳米零价铁粒子的快速制备方法，其特征在于步骤如下：
1）分别将乙二醇、无水乙醇及去离子水通入氮气除氧30min，备用；
2）将0.1988g FeCl2·4H2O溶于30ml除氧后的乙二醇溶液中，得到FeCl2的乙二醇溶液；
3）在0.2698g KBH4或0.1892g NaBH4中，滴加1ml浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，再加入除氧后的乙二醇溶液20ml，得到KBH4或NaBH4的乙二醇溶液；
4）在转速为2000r/min机械搅拌下将KBH4或NaBH4的乙二醇溶液加入FeCl2的乙二醇溶液中，溶液立即变黑并带有放热、气泡等现象，待无气泡产生后，制得到黑色的纳米零价铁溶液；
5）将上述纳米零价铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用除氧后的去离子水洗涤三次，再用除氧后的无水乙醇洗涤三次，真空干燥即得到新型稳定的纳米零价铁粒子。
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