CN107052328B - 一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法 - Google Patents

一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107052328B
CN107052328B CN201710324927.4A CN201710324927A CN107052328B CN 107052328 B CN107052328 B CN 107052328B CN 201710324927 A CN201710324927 A CN 201710324927A CN 107052328 B CN107052328 B CN 107052328B
Authority
CN
China
Prior art keywords
iron
agar
preparation
sill
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710324927.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107052328A (zh
Inventor
李少林
李剑华
丁洋洋
江闯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201710324927.4A priority Critical patent/CN107052328B/zh
Publication of CN107052328A publication Critical patent/CN107052328A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107052328B publication Critical patent/CN107052328B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/054—Nanosized particles
    • B22F1/0545—Dispersions or suspensions of nanosized particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/107—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing organic material comprising solvents, e.g. for slip casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种简单稳定高活性铁基材料的制备方法，该制备方法通过控制高浓度铁基材料悬浮液pH值、琼脂稳定及低温固化等系列措施，实现高浓度高活性铁基材料活性在储存运输过程中的稳定及维持。该制备方法依次通过控制pH在7.0‑9.0，通过控制琼脂的投加量，通过低温实现悬浮液快速固化稳定。该制备方法操作简单、成本低廉、安全性高、无二次污染。

Description

一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法，属于材料学及水处理技术交叉领域，具体为低温固化保存高活性铁基材料，包括配制琼脂溶液与铁基材料悬浮液、调节初始pH值、调节环境温度及其他环境条件、向琼脂溶液中加入高浓度铁基悬浮液、低温固化等步骤及措施。
背景技术
铁元素广泛存在于自然界中，是地壳中含量最高的金属元素之一。利用铁的不同价态、形态进行污染的强化治理和修复具有重大的意义。20世纪80年代以来，铁基材料先后应用于水中有机污染物的去除以及受污染土壤的原位修复，亦应用于治理重金属废水、染料废水以及受污染的地下水。铁基材料由于具有易合成、易操作、高活性、无污染、低成本等优点，其在水污染应用越来越受到重视，具有非常好的实际应用前景。
随着铁基材料在环境领域的应用越来越广泛，其种类也越来越丰富，现用于环境领域的高活性铁基材料主要有纳米零价铁（nZVI）、海绵铁、超细铁粉、多铁性复合材料、铁合金等。实际工程应用中铁基材料通常因为运输或保存时间过长，导致铁基材料被氧化，反应活性降低，工程成本提高。
现有的高活性铁基材料的保存制备方法主要有颗粒喷雾干燥法、真空保存法、酒精储存法、水溶液储存法等。颗粒喷雾干燥法的缺点为设备复杂，占地面积大，成本高、热效率低、不环保。惰性气体保存与真空保存是目前高活性铁基材料保存常用制备方法，但是此类制备方法涉及喷雾干燥等措施，能量消耗及成本高；同时，高活性干粉包装破损及反应液配制过程中，存在爆炸风险；在后续水处理中需将此类高活性粉末置于水中，前端干燥流程存在不必要的能量浪费。酒精储存法优点为操作简单，高活性铁基材料储存在无水乙醇中不易发生氧化等，但是缺点亦很明显，乙醇为易燃液体，容易挥发为酒精蒸汽，当酒精蒸汽在空气中的体积分数达到3.5%-18%时，遇到火星即有可能爆炸。19℃、101.3kPa下乙醇的饱和蒸汽压为5.333kPa，约占空气体积分数的5.3%，26℃、101.3kPa下饱和蒸汽压约为8.000kPa，约占空气体积分数的7.9%，均超过了酒精蒸汽与空气的混合物的爆炸极限。高活性铁基材料运输使用密闭钢罐，属于危险品运输，易发生事故，运输成本大，因此使用乙醇来储存与运输高活性铁基材料安全性差。水溶液储存的缺点即高活性铁基材料容易与水、氧气发生老化反应，反应方程式如式（1），影响零价铁材料的活性，增加工程成本。
2Fe0+2H2O+O2=2Fe2++4OH-（1）
在环境领域，现有的稳定高活性铁基材料的方法有包覆钝化技术、负载技术、稳定剂改造技术等三种。包覆钝化技术主要通过对高活性铁基材料进行表面包覆实现颗粒分散与抗氧化稳定。如专利CN106000335A介绍了一种包覆型纳米零价铁及其制备方法和应用，将海藻酸钠与纳米零价铁的混合溶液通过超声处理形成包覆型的纳米零价铁。该方法制得的包覆型材料具有更好的稳定性与迁移性，抗氧化性能更高，但存在降低纳米零价铁材料的反应性及活性的缺点，同时此类方法往往成本较高。还有例如专利CN105921763A、CN101554660、CN101554661、 CN104827028A、CN102284706A、CN104888718A、CN104310566A、CN106006778A等等。
负载技术主要通过将高活性铁基材料负载在膨润土、沸石与碳纳米管等载体上制成一定形状的颗粒实现材料的稳定。如专利CN106076397A介绍了一种零价铁—碳纳米管改性沸石复合材料的制备方法，主要通过将沸石加入到碱溶液中制得水凝胶，将零价铁及碳纳米管加入到水凝胶中进行晶化处理制得零价铁—碳纳米管改性沸石复合材料。该方法不仅保持铁基材料的固有特性还增强其稳定性，通过化学还原与沉积等作用使得铁基材料有更大的吸附容量与更强的吸附性能，同时适用于反应器操作。但是存在前期准备工作复杂繁琐、成本较高且生成物只能对特定污染物具有很好的去除效果等缺点。还有例如专利CN102701297A、CN102553523A、CN103232125A、CN103240423A、 CN104014812A、CN103578593A、CN104437364A、CN106044921A、 CN105903436A、CN105561946A等等。
稳定剂改造主要通过高分子有机物质与高活性铁基材料结合实现颗粒分散与抗氧化稳定。如专利CN103949469A介绍了羧甲基纤维素（CMC）作为稳定剂和分散剂来合成铁系纳米粒子。该方法可以提高纳米零价铁的分散性与稳定性，并且延长其反应活性。但是存在CMC投加量大、流动性差、受悬浮液酸碱性影响大等缺点。还有例如专利 CN101537489、CN102702452A、CN103349916A、CN104722777A、CN104475749A、CN104439270A、CN104291431A等等。
为降低在储存、运输过程中的高活性铁基材料的老化，因此在工程应用中必须寻求一种简易高效稳定及保存高活性零价铁材料的方法。
发明内容
鉴于目前在环境领域稳定高活性铁基材料的技术不足，本发明提出一种简易稳定高浓度高活性铁基材料的制备方法。该制备方法采用配制高浓度铁基悬浮液、调节悬浮液pH值、琼脂混合、低温固化等措施处理铁基材料悬浮液，实现高浓度高活性铁基材料活性在储存运输过程中的稳定及维持，形成块状稳定化体系便于储存、运输及工程化应用。该制备方法操作简单、成本低廉、安全性高、无二次污染。
本发明提出的一种简易稳定高浓度高活性铁基材料的制备方法，通过配制高浓度的铁基材料悬浮液、调节悬浮液pH、琼脂混合和低温固化，制备得到稳定高活性铁基材料，具体步骤如下：
（１）配制高浓度的铁基材料悬浮液，控制其浓度为2000-4000 g/L；
（２）调节步骤（１）得到高浓度的铁基材料悬浮液初始pH值为7.0-9.0；
（３）将琼脂颗粒加入到热水中，搅拌溶解，得到琼脂溶液，控制琼脂颗粒的凝胶强度为1000-1300g/cm2，控制琼脂投加浓度为0.8%-2.0%，调节速度梯度G值为700s-1-1000s-1，控制热水温度为95-99℃；
（４）将步骤（２）所得铁基材料悬浮液快速加入到步骤（３）所得琼脂溶液中，快速搅拌，调节速度梯度G值为1000s-1-1300s-1，控制搅拌时间为2-5分钟，得到铁基琼脂混合溶液；其中：琼脂溶液与铁基材料悬浮液的体积比为1:1-4:1；
（５）将步骤（４）得到的铁基琼脂混合溶液放入到冰柜中，进行低温固化，控制温度为5℃-20℃，固化时间为24小时以上。
本发明中，步骤（４）中控制混合溶液的电导率在0.1-10μs/cm。
本发明中，步骤（１）-步骤（４）中，控制溶解氧浓度小于1mg/L。
本发明中，步骤（３）中控制单个稳定化铁基琼脂储存块体积为10-100cm3。
本发明中，在铁基琼脂储存块使用时，通过机械力实现块体破碎及强化溶解。
本发明具有下列特点和优点：
(1)本发明可简易高效保存高浓度高活性铁基材料；
(2)本发明中所使用的溶剂主要成分为水，成本低廉；
(3)本发明中所使用的琼脂颗粒为实验室常用药剂，成本低廉、生物降解性好、无毒害、可作为废水生物基质、无二次污染；
(4)本发明仅需在低温条件下，对高浓度高活性的铁基材料琼脂混合液进行低温冷冻固化，操作简单，易于实现；
(5)本发明产物为固体，不会产生H2等危险产物，安全系数高，固体占据空间小，使用方便，易于运输以及储存。
附图说明
图1为本发明实施例１的纳米零价铁的琼脂稳定固化及比较图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1：
(1) 在500mL的烧杯配制300mL浓度为2000g/L的高活性纳米零价铁悬浮液。
(2) 用0.10mol/LNaOH调节纳米零价铁悬浮液pH至7.5。
(3) 在500mL的烧杯中加入300mL去离子水，使用加热板加热至97℃，琼脂颗粒的投加量为1%即0.30g，琼脂颗粒的凝胶强度为1000g/cm2，调节搅拌速度梯度G值为900 s-1，制得琼脂溶液。
(4) 将纳米零价铁悬浮液快速泵入琼脂溶液中，调节搅拌速度梯度G值为1200s-1，继续搅拌3分钟，制得纳米零价铁琼脂混合溶液。
(5) 停止加热后将纳米零价铁琼脂混合溶液放入冰柜中进行低温固化，冰柜温度为5℃，冰冻时间为36小时。
同时准备1000g/L的纳米零价铁悬浮液与纳米零价铁乙醇溶液，三者进行对比老化实验，实验周期为1个月。后测定琼脂块中纳米零价铁的老化，实验结果如图1。

Claims (5)

1.一种简易稳定高浓度高活性铁基材料的制备方法，其特征在于通过配制高浓度的铁基材料悬浮液、调节悬浮液pH、琼脂混合和低温固化，制备得到稳定高活性铁基材料，具体步骤如下：
（1）配制高浓度的铁基材料悬浮液，控制其浓度为2000-4000 g/L；
（２）调节步骤（1）得到高浓度的铁基材料悬浮液初始pH值为7.0-9.0；
（３）将琼脂颗粒加入到热水中，搅拌溶解，得到琼脂溶液，控制琼脂颗粒的凝胶强度为1000-1300g/cm2，控制琼脂投加浓度为0.8%-2.0%，调节速度梯度G值为700s-1-1000s-1，控制热水温度为95-99℃；
（４）将步骤（２）所得铁基材料悬浮液快速加入到步骤（３）所得琼脂溶液中，快速搅拌，调节速度梯度G值为1000s-1-1300s-1，控制搅拌时间为2-5分钟，得到铁基琼脂混合溶液；其中：琼脂溶液与铁基材料悬浮液的体积比为1:1-4:1；
（５）将步骤（４）得到的铁基琼脂混合溶液放入到冰柜中，进行低温固化，控制温度为5℃-20℃，固化时间为24小时以上。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（４）中控制混合溶液的电导率在0.1-10μs/cm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）-步骤（４）中，控制溶解氧浓度小于1mg/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（３）中控制单个稳定化铁基琼脂储存块体积为10-100cm3。
5.根据权利要求４所述的制备方法，其特征在于在铁基琼脂储存块使用时，通过机械力实现块体破碎及强化溶解。
CN201710324927.4A 2017-05-10 2017-05-10 一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法 Expired - Fee Related CN107052328B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710324927.4A CN107052328B (zh) 2017-05-10 2017-05-10 一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710324927.4A CN107052328B (zh) 2017-05-10 2017-05-10 一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107052328A CN107052328A (zh) 2017-08-18
CN107052328B true CN107052328B (zh) 2019-03-01

Family

ID=59597455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710324927.4A Expired - Fee Related CN107052328B (zh) 2017-05-10 2017-05-10 一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107052328B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108314170B (zh) * 2018-01-18 2021-04-30 同济大学 一种应用于废水处理的高效分散流化态微米铁粉的制备方法与使用方法
CN109647874A (zh) * 2019-01-23 2019-04-19 云南圣清环保科技有限公司 一种用于土壤重金属治理的功能性缓释微胶囊的制备与应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101537489A (zh) * 2008-03-20 2009-09-23 南开大学 可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子及其制备方法
CN101554660A (zh) * 2008-04-08 2009-10-14 南开大学 空气稳定纳米铁粉及其制备方法
WO2010042555A2 (en) * 2008-10-06 2010-04-15 The Brigham And Women's Hospital, Inc. Particles with multiple functionalized surface domains
CN101554661B (zh) * 2009-05-22 2011-01-05 北京化工大学 油酸-普流尼克包覆纳米级零价铁颗粒及其合成方法
TWI445548B (zh) * 2010-11-18 2014-07-21 Univ Nat Sun Yat Sen 生物相容性載體及其製法
CN102861923A (zh) * 2012-10-23 2013-01-09 南开大学 一种绿色稳定的纳米零价铁粒子的制备方法
CN104291431B (zh) * 2014-10-16 2015-09-09 北京煜环天地工程项目管理咨询有限公司 一种果胶稳定化纳米零价铁修复地下水工艺
CN104773766A (zh) * 2015-03-23 2015-07-15 吉林大学 豆油包覆纳米铁浆液地下水污染修复试剂及其制备方法
CN106077624B (zh) * 2016-07-26 2019-01-04 昆明理工大学 一种胶束修饰改性纳米零价铁粒子及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN107052328A (zh) 2017-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Stability of nanoiron slurries and their transport in the subsurface environment
Shao et al. Immobilization of uranium by biomaterial stabilized FeS nanoparticles: Effects of stabilizer and enrichment mechanism
CN104941610B (zh) 一种负载一维Fe3O4纳米晶体的磁性水凝胶的制备与应用
CN104707564B (zh) 一种凹凸棒土的制备方法及其处理重金属废水的方法
Zhang et al. Single phase Mn3O4 nanoparticles obtained by pulsed laser ablation in liquid and their application in rapid removal of trace pentachlorophenol
CN104308181B (zh) 一种制备纳米级零价铁及纳米级双金属Cu/Fe的方法
CN107052328B (zh) 一种简易稳定高活性铁基材料的制备方法
CN107081123A (zh) 磁性氢氧化镁吸附剂及其制备方法
JP2013508130A (ja) 塩素化炭化水素の原位置環境修復に用いられる新規な多機能材料
CN107930629A (zh) 负载型生物炭催化材料的制备方法
Nzengung et al. Abiotic transformation of perchloroethylene in homogeneous dithionite solution and in suspensions of dithionite-treated clay minerals
CN106824212A (zh) 一种CeO2/Fe2O3负载凹凸棒土上的纳米环境材料的制备方法
CN103936019B (zh) 一种均匀磁性纳米二氧化硅颗粒的制备方法
CN108249482A (zh) 磁性Fe2O3纳米颗粒的制备方法及其与纳米碳材料复合的方法
Liang et al. Efficient Cr (VI) removal from wastewater by D-(+)-xylose based adsorbent: Key roles of three-dimensional porous structures and oxygen groups
CN107081137B (zh) 木质素接枝膨润土负载纳米零价铁复合材料及其制备方法
Chen et al. Aerogels in the environment protection
Li et al. Study on the stability, transport behavior and OH− release properties of colloidal Mg (OH) 2
CN106622099B (zh) 一种砷吸附材料的制备及其复性回用方法
CN108405879A (zh) 一种纳米零价铁@介孔氧化硅材料的制备方法
Terzi et al. Mobility of zero valent iron nanoparticles and liposomes in porous media
CN103263901B (zh) 微米级分子筛负载型纳米铁材料的制备方法
Lee et al. Using nanobubblized carbon dioxide for effective microextraction of heavy metals
Zabiegaj et al. Carbon based porous materials from particle stabilized wet foams
Dong et al. Combined effect of physicochemical factors on the retention and transport of g-C3N4 in porous media

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190301

Termination date: 20210510

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee