專利名稱：納米零價鐵基功能宏觀球的制備方法
技術領域：
本發明涉及污染水體治理技術領域，特別涉及納米零價鐵基功能宏觀球的制備方法。
背景技術：
隨著經濟的快速發展，我國水環境受污染狀況越來越嚴重，如何經濟有效地去除水體中 的污染物成為當前研究的熱點問題之一。近年來，零價鐵己經被證明能夠降解和去除環境中 的有機污染物質和無機污染物質，并得到了廣泛地研究和應用。
納米零價鐵是指粒徑為1 100 nm的超細鐵粉，因其介于宏觀的常規細粉和微觀的原子 團簇之間的過渡區域，故呈現出一些獨特的性質。許多研究表明納米零價鐵能還原去除水中 的許多污染物，如溶解性有機氯化物、PCBs和硝基苯類化合物等。納米零價鐵與普通鐵粉相 比，其優勢是粒徑小，比表面積大，反應活性高，處理效果遠遠優于普通鐵粉。然而，由于 納米零價鐵粉體極易團聚，造成其反應活性降低；另一方面，納米零價鐵粉體的空氣穩定性 差，其在空氣中易氧化甚至自燃，從而為納米零價鐵粉體的使用和運輸帶來了諸多不便。盡 管有報道可以將納米零價鐵制備成具有一定抗氧化能力和分散性能的改性納米級鐵粉，但是， 其納米級的尺寸使得通過上述手段改性后的零價鐵粉體在使用時極不方便，在污染水體治理 時動力消耗無法承受，以至于在實際工程應用中很難大規模地使用。
發明內容
本發明的目的在于克服當前納米零價鐵粉體或改性納米零價鐵粉體的缺點，提供一種新 穎、高效、經濟可行、使用方便的納米零價鐵基功能宏觀球的制備方法。本發明制備的納米 零價鐵基功能宏觀球用于污染水體的治理時，不僅可以保持納米零價鐵粉體的基本除污性能， 還可以克服納米零價鐵粉體易團聚、易氧化、無法工程化應用等缺點。本發明的納米零價鐵 基功能宏觀球可在污染水體治理的實際工程中大規模地應用。
納米零價鐵基功能宏觀球的具體制備方法如下
1) 交聯前驅溶液的配制將質量百分比含量為4% 15%的聚乙烯醇加入到無氧的蒸餾水中，
加熱此溶液直至聚乙烯醇完全溶解為止；再加入質量百分比含量為1% 5.5%的海藻酸 鈉溶解后，將此溶液冷卻至室溫；
2) 納米零價鐵的分散溶液配制使用無水乙醇作為溶劑，調節其pH值為8 10，再分別加 入聚乙烯吡咯垸酮、納米零價鐵粉體和活性炭，利用超聲波對粉體進行分散10 30分鐘，
即得納米零價鐵的分散溶液;上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比含量為1% 4%;納米零價鐵粉體的質量百分比含量為5% 35%;活性炭的質量百分比含量為2% 腦；
3) 納米零價鐵基功能宏觀球的制備在溫度為15 45'C條件下，將交聯前驅溶液和納米零價鐵的分散溶液按休積比為10: 1 2: 1的比例混合均勻，然后將此混合溶液滴加到飽 和硼酸溶液中生成直徑為0. 5 10 mm的球，并固化交聯5 25小時后，再用質量濃度0. 5 % 1. 5%的鹽水洗滌，即得納米零價鐵基功能宏觀球。
本發明的獨特之處在于(1)在制備納米零價鐵基功能宏觀球之甜，利用堿性條件下納米 零價鐵對于聚乙烯吡咯垸酮的吸附作用，對納米零價鐵粉體進行了分散處理，避免了納米零 價鐵基功能宏觀球內部納米顆粒間的團聚現象；(2)活性炭的加入提高了本發明納米零價鐵
基功能宏ii球內部的孔隙率，其優勢在于當使用本發明納米零價鐵基功能宏觀球進行污染水
體治理時，可強化污染物在球體內的傳質效果；(3)與納米級的粉體相比，本發明制備的納 米零價鐵基功能宏觀球在污染水體的工程治理時，可極大地降低動力消耗，使得納米零價鐵 的大規模應用成為可能。
通過實驗室的搖瓶對比研究發現，納米零價鐵粉體和本發明制備的納米零價鐵基功能宏觀 球對于重金屬六價鉻的去除率都在95%以上，表明本發明制備的納米零價鐵基功能宏觀球并 未損失其納米粉體的基本活性；通過固定床治理含重金屬六價鉻的廢水試驗發現，在相同的 動力設備條件下，污水不能通過裝填納米零價鐵粉體的固定床，而很容易通過裝填本發明制 備的納米零價鐵基功能宏觀球的固定床，且能夠滿足污水治理的要求。
具體實施例方式
實施例1 :
(1) 交聯前驅溶液的配制將聚乙烯醇加入到無氧的蒸餾水中，加熱此溶液直至聚乙烯 醇完全溶解為止。再加入海藻酸鈉溶解后，將此溶液冷卻至室溫。上述交聯甜驅溶液中，聚 乙烯醇的質量百分比含量為4%;海藻酸鈉的質量百分比含量為3%。
(2) 納米零價鐵的分散溶液配制使用無水乙醇作為溶劑，調節其PH值為8，再分別
加入聚乙烯吡咯烷酮、納米零價鐵粉體和活性炭，利用超聲波對粉體進行分散20分鐘，即得
納米零價鐵的分散溶液。上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比含量為4%;納米 零價鐵粉體的質量百分比含量為20%;活性炭的質量百分比含量為6%。
(3) 在溫度為15'C條件下，將交聯前驅溶液和納米零價鐵的分散溶液按體積比為10: 1 的比例混合均勻，然后將此混合溶液滴加到飽和硼酸溶液中生成直徑為0. 5 mm的球，并固化 交聯15小時后，再用0. 5%的鹽水洗滌，即得納米零價鐵基功能宏觀球。
實施例2:
(1) 交聯前驅溶液的配制將聚乙烯醇加入到無氧的蒸餾水中，加熱此溶液直至聚乙烯 醇完全溶解為止。再加入海藻酸鈉溶解后，將此溶液冷卻至室溫。上述交聯前驅溶液中，聚 乙烯醇的質量百分比含量為10%;海藻酸鈉的質量百分比含量為1%。
(2) 納米零價鐵的分散溶液配制使用無水乙醇作為溶劑，調節其pH值為9，再分別 加入聚乙烯吡咯烷酮、納米零價鐵粉體和活性炭，利用超聲波對粉體進行分散10分鐘，即得 納米零價鐵的分散溶液。上述分散溶液中，聚乙烯吡咯垸酮的質量百分比含量為2.5%;納
米零價鐵粉體的質量百分比含量為35%;活性炭的質量百分比含量為10%。
(3) 在溫度為3(TC條件下，將交聯前驅溶液和納米零價鐵的分散溶液按體積比為5: 1的比例混合均勻，然后將此混合溶液滴加到飽和硼酸溶液中生成直徑為6mm的球，并固化交 聯25小時后，再用1.5%的鹽水洗滌，即得納米零價鐵基功能宏觀球。 實施例3:
(1) 交聯甜驅溶液的配制將聚乙烯醇加入到無氧的蒸餾水中，加熱此溶液直至聚乙烯 醇完全溶解為止。g加入海藻酸鈉溶解后，將此溶液冷卻至室溫。上述交聯甜驅溶液中，聚 乙烯醇的質量百分比含量為15%;海藻酸鈉的質量百分比含量為5.5%。
(2) 納米零價鐵的分散溶液配制使用無水乙醇作為溶劑，調節其pH值為10，再分別
加入聚乙烯吡咯烷酮、納米零價鐵粉體和活性炭，利用超聲波對粉體進行分散30分鐘，即得
納米零價鐵的分散溶液。上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比含量為1%;納米 零價鐵粉體的質量百分比含量為5%;活性炭的質量百分比含量為2%。
(3) 在溫度為45'C條件下，將交聯前驅溶液和納米零價鐵的分散溶液按體積比為2: 1 的比例混合均勻，然后將此混合溶液滴加到飽和硼酸溶液中生成直徑為10mm的球，并固化 交聯5小時后，再用1.0%的鹽水洗滌，即得納米零價鐵基功能宏觀球。
本發明提出的納米零價鐵基功能宏觀球的制備方法，已通過較佳實施例子進行了描述， 相關技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本文所述的制作方法進行改動或 適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領 域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中。
權利要求
1. 一種納米零價鐵基功能宏觀球的制備方法，其特征是步驟如下1)交聯前驅溶液的配制將質量百分比含量為4％～15％的聚乙烯醇加入到無氧的蒸餾水中，加熱此溶液直至聚乙烯醇完全溶解為止；再加入質量百分比含量為1％～5.5％的海藻酸鈉溶解后，將此溶液冷卻至室溫；2)納米零價鐵的分散溶液配制使用無水乙醇作為溶劑，調節其pH值為8～10，再分別加入聚乙烯吡咯烷酮、納米零價鐵粉體和活性炭，利用超聲波對粉體進行分散10～30分鐘，即得納米零價鐵的分散溶液；上述分散溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比含量為1％～4％；納米零價鐵粉體的質量百分比含量為5％～35％；活性炭的質量百分比含量為2％～10％；3)納米零價鐵基功能宏觀球的制備在溫度為15～45℃條件下，將交聯前驅溶液和納米零價鐵的分散溶液按體積比為10∶1～2∶1的比例混合均勻，然后將此混合溶液滴加到飽和硼酸溶液中生成直徑為0.5～10mm的球，并固化交聯5～25小時后，再用質量濃度0.5％～1.5％的鹽水洗滌，即得納米零價鐵基功能宏觀球。
全文摘要
本發明涉及納米零價鐵基功能宏觀球的制備方法。包括交聯前驅溶液的配制將聚乙烯醇加入到無氧的蒸餾水中，再加入海藻酸鈉溶解后，將此溶液冷卻至室溫；納米零價鐵的分散溶液配制使用無水乙醇作為溶劑，調節其pH值為8～10，再分別加入聚乙烯吡咯烷酮、納米零價鐵粉體和活性炭，利用超聲波對粉體進行分散。在溫度為15～45℃條件下，將交聯前驅溶液和納米零價鐵的分散溶液按體積比為10∶1～2∶1的比例混合均勻，然后將此混合溶液滴加到飽和硼酸溶液中生成直徑為0.5～10mm的球。本發明與納米級的粉體相比，本發明制備的納米零價鐵基功能宏觀球在污染水體的工程治理時，可極大地降低動力消耗，使得納米零價鐵的大規模應用成為可能。
文檔編號B22F9/16GK101456077SQ20091006764
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月9日 優先權日2009年1月9日
發明者劉涉江, 柳聽義, 毛國柱, 欣 譚, 林 趙 申請人:天津大學