專利名稱：一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米功能材料負(fù)載在大顆粒載體的制備方法，可以應(yīng)用到環(huán)境，化工等領(lǐng)域，尤其涉及一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
納米鐵是近些年來在環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，它以其較高的比表面積，較多的活性位點(diǎn)，較強(qiáng)的還原性，逐漸成為去除環(huán)境領(lǐng)域污染物關(guān)注的焦點(diǎn)。近些年來，人們對納米鐵去除環(huán)境領(lǐng)域污染物進(jìn)行了大量的研究。經(jīng)過研究表明，納米鐵對于重金屬污染物，有機(jī)污染物，尤其是難降解有機(jī)污染物有著較強(qiáng)的去除能力。雖然納米體有著很多優(yōu)點(diǎn)，但是它也有一些缺點(diǎn)，限制其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，例如納米鐵在儲存過程中容易團(tuán)聚，容易被氧化等缺點(diǎn)。團(tuán)聚之后的納米鐵形態(tài)趨于微米態(tài)，逐漸喪失了納米鐵原本的優(yōu)點(diǎn)，使得團(tuán)聚之后的納米鐵在實(shí)際應(yīng)用中效果大大降低。為了提聞納米鐵的實(shí)際應(yīng)用效果，需要將納米鐵負(fù)載在相關(guān)的載體上。有研究表明，負(fù)載在載體上的納米鐵分散程度較好，同時(shí)在一定程度上提高了納米鐵的使用壽命及效率。傳統(tǒng)負(fù)載納米鐵的方法僅僅簡單的將載體放置在三價(jià)鐵溶液中攪拌混合，待混合均勻后，緩慢滴入硼氫化鈉溶液，逐漸反應(yīng)生成納米鐵，同時(shí)生成的納米鐵會(huì)自動(dòng)負(fù)載到載體上。但是這種制備方法缺點(diǎn)很多，例如不能夠控制負(fù)載納米鐵的含量，同時(shí)之前載體與三價(jià)鐵溶液混合時(shí)間較長，反應(yīng)過程中大量生成的納米鐵浪費(fèi)，不能夠負(fù)載在載體上。這種種的缺點(diǎn)限制該方法在實(shí)際中的應(yīng)用。如何能夠定量負(fù)載納米鐵，同時(shí)縮短制備時(shí)間，提高納米鐵利用效率，是制備負(fù)載納米鐵的亟待解決的難題。如果能夠高效，并且能夠定量制備負(fù)載納米鐵的吸附材料，對于納米鐵在環(huán)境領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，甚至工程化應(yīng)用有著舉足輕重的作用。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，能夠控制最終固體中納米鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，制備工藝簡單，速率快。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為—種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，包括如下步驟步驟一，配制濃度為O. 5mol/L的三價(jià)鐵溶液，在坩堝中放置500mg載體，根據(jù)需求的納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算一共要滴入三價(jià)鐵溶液的用量，將三價(jià)鐵溶液裝入滴管中滴至載體表面，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻；步驟二，待載體與所滴的三價(jià)鐵溶液混合至膠狀后，停止滴入，將膠狀物質(zhì)放入70°C烘箱中，烘烤l(Tl5min ；步驟三，向烘干后的物質(zhì)中繼續(xù)滴入三價(jià)鐵溶液，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻，待載體與所滴的三價(jià)鐵溶液混合至膠狀后，重復(fù)步驟二 ；步驟四，重復(fù)步驟三和步驟二，直至計(jì)算用量的三價(jià)鐵溶液全部滴入載體，將最后一步的膠狀物質(zhì)放入烘箱中70°C烘烤2(T25min，使其干燥；步驟五，取出載體，將載體放入200ml三角燒瓶中，滴入濃度為lmol/L的硼氫化鈉溶液，滴速為30滴/分鐘，整個(gè)過程連續(xù)向三角燒瓶中通入氮?dú)?，并且保持?jǐn)嚢?；步驟六，加入過量硼氫化鈉溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，靜止2小時(shí)，靜止沉淀之后的固體真空抽濾,抽濾時(shí)間為12小時(shí)；步驟七，抽濾之后的固體即負(fù)載納米鐵，將其轉(zhuǎn)移至酒精溶液或者密閉容器中保存。其中，所述三價(jià)鐵溶液可以是FeCl3溶液或者Fe2 (SO4) 3溶液，亦可用二價(jià)鐵溶液制備，例如FeCl2溶液或者FeSO4溶液。所述載體可以是活性炭、活性氧化鋁、硅藻土或者分子篩。所述負(fù)載納米鐵宏觀為粉末狀，微觀結(jié)構(gòu)為納米鐵呈點(diǎn)狀分布在載體表面，顆粒粒徑約為20nm,所述納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%,需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為2ml,分2次滴完。所述負(fù)載納米鐵宏觀為黑色粉末，微觀結(jié)構(gòu)為納米鐵呈點(diǎn)狀分布在載體表面，顆粒粒徑約為3(T40nm，所述納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為4. 5ml，分3 4次滴完。所述負(fù)載納米鐵宏觀為粉末，微觀結(jié)構(gòu)為鏈狀固體負(fù)載在載體上，顆粒粒徑為8(Tl00nm，所述納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為12ml，分10 12次滴完。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)I)本發(fā)明能夠控制最終固體中納米鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，便于后續(xù)的應(yīng)用。2)本發(fā)明對于納米鐵的利用率高，極大緩解資源浪費(fèi)現(xiàn)象。3)本發(fā)明制備負(fù)載納米鐵的材料周期短，速率快。
圖1為活性炭負(fù)載20%納米鐵新型材料掃描電鏡圖。圖2為硅藻土負(fù)載20%納米鐵新型材料掃描電鏡圖。圖3為活性氧化鋁負(fù)載20%納米鐵新型材料掃描電鏡圖。圖4為分子篩負(fù)載20%納米鐵新型材料掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 :活性炭負(fù)載20%納米鐵的制備配制O. 5mol/L三價(jià)鐵溶液，在坩堝中放置500mg活性炭，將三價(jià)鐵溶液裝入滴管中，使用滴管緩慢將溶液滴到載體表面，在滴入過程中，不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，不再滴入溶液，將膠狀物質(zhì)放入70°C烘箱中，烘烤12分鐘，將膠狀物質(zhì)基本烘干(不要特別干燥)。繼續(xù)向烘干后的載體中緩慢滴入三價(jià)鐵溶液，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，重復(fù)步驟二。
待滴加的三價(jià)鐵溶液總量到4. 5ml之后，將膠狀物質(zhì)放入烘箱中烘20min，使其干燥。取出載體，將載體放入200ml三角燒瓶中，配制lmol/L硼氫化鈉溶液，不斷滴入三角燒瓶中，滴速為30滴/分鐘，整個(gè)過程連續(xù)向三角燒瓶中通入氮?dú)猓⑶冶３謹(jǐn)嚢?。加入過量硼氫化鈉溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，靜止三角燒瓶2小時(shí)。靜止沉淀之后的固體迅速真空抽濾,抽濾時(shí)間為12小時(shí)。將抽濾之后的固體轉(zhuǎn)移至酒精溶液中保存。得到的產(chǎn)物為活性炭負(fù)載納米鐵吸附材料。實(shí)施例2 :硅藻土負(fù)載20%納米鐵的制備配制O. 5mol/L三價(jià)鐵溶液，在坩堝中放置500mg硅藻土，將三價(jià)鐵溶液裝入滴管中，使用滴管緩慢將溶液滴到載體表面，在滴入過程中，不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，不再滴入溶液，將膠狀物質(zhì)放入70°C烘箱中，烘烤15分鐘，將膠狀物質(zhì)基本烘干(不要特別干燥)。繼續(xù)向烘干后的載體中緩慢滴入三價(jià)鐵溶液，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，重復(fù)步驟二。待滴加的三價(jià)鐵溶液總量到4. 5ml之后，將膠狀物質(zhì)放入烘箱中烘20min使其干燥。取出載體，將載體放入200ml三角燒瓶中，配制lmol/L硼氫化鈉溶液，不斷滴入三角燒瓶中，滴速為30滴/分鐘，整個(gè)過程連續(xù)向三角燒瓶中通入氮?dú)猓⑶冶３謹(jǐn)嚢?。加入過量硼氫化鈉溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，靜止三角燒瓶2小時(shí)。靜止沉淀之后的固體迅速真空抽濾,抽濾時(shí)間為12小時(shí)。將抽濾之后的固體轉(zhuǎn)移至酒精溶液中保存。得到的產(chǎn)物為硅藻土負(fù)載納米鐵吸附材料。實(shí)施例3 :活性氧化鋁負(fù)載20%納米鐵的制備配制O. 5mol/L三價(jià)鐵溶液，在坩堝中放置500mg活性氧化鋁，將三價(jià)鐵溶液裝入滴管中，使用滴管緩慢將溶液滴到載體表面，在滴入過程中，不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，不再滴入溶液，將膠狀物質(zhì)放入70°C烘箱中，烘烤14分鐘，將膠狀物質(zhì)基本烘干(不要特別干燥)。繼續(xù)向烘干后的載體中緩慢滴入三價(jià)鐵溶液，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，重復(fù)步驟二。待滴加的三價(jià)鐵溶液總量到4. 5ml之后，將膠狀物質(zhì)放入烘箱中烘20min使其干燥。取出載體，將載體放入200ml三角燒瓶中，配制lmol/L硼氫化鈉溶液，不斷滴入三角燒瓶中，滴速為30滴/分鐘，整個(gè)過程連續(xù)向三角燒瓶中通入氮?dú)?，并且保持?jǐn)嚢?。加入過量硼氫化鈉溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，靜止三角燒瓶2小時(shí)。靜止沉淀之后的固體迅速真空抽濾,抽濾時(shí)間為12小時(shí)。將抽濾之后的固體轉(zhuǎn)移至酒精溶液中保存。得到的產(chǎn)物為活性氧化鋁負(fù)載納米鐵吸附材料。實(shí)施例4 :分子篩負(fù)載20%納米鐵的制備
配制O. 5mol/L三價(jià)鐵溶液,在坩堝中放置500mg分子篩,將三價(jià)鐵溶液裝入滴管中，使用滴管緩慢將溶液滴到載體表面，在滴入過程中，不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，不再滴入溶液，將膠狀物質(zhì)放入70°C烘箱中，烘烤10分鐘，將膠狀物質(zhì)基本烘干(不要特別干燥)。繼續(xù)向烘干后的載體中緩慢滴入三價(jià)鐵溶液，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻。待載體與溶液混合至膠狀后，重復(fù)步驟二 -步驟三3 4次。待滴加的三價(jià)鐵溶液總量到4. 5ml之后，將膠狀物質(zhì)放入烘箱中烘20min使其干
燥。 取出載體，將載體放入200ml三角燒瓶中，配制lmol/L硼氫化鈉溶液，不斷滴入三角燒瓶中，滴速為30滴/分鐘，整個(gè)過程連續(xù)向三角燒瓶中通入氮?dú)猓⑶冶３謹(jǐn)嚢琛＜尤脒^量硼氫化鈉溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，靜止三角燒瓶2小時(shí)。靜止沉淀之后的固體迅速真空抽濾,抽濾時(shí)間為12小時(shí)。將抽濾之后的固體轉(zhuǎn)移至酒精溶液中保存。得到的產(chǎn)物為分子篩負(fù)載納米鐵吸附材料。所得負(fù)載納米鐵宏觀為黑色粉末，微觀結(jié)構(gòu)為納米鐵呈點(diǎn)狀分布在載體表面，顆粒粒徑約為30 40nm。實(shí)施例1 4中，三價(jià)鐵溶液可以選擇FeC13溶液或者Fe2(S04)3溶液。實(shí)施例5 與實(shí)施例4不同之處在于制備分子篩負(fù)載10%納米鐵，需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為2ml，分2次滴完。制備所得負(fù)載納米鐵宏觀為粉末狀，微觀結(jié)構(gòu)為納米鐵呈點(diǎn)狀分布在載體表面，顆粒粒徑約為 20nm。實(shí)施例6 與實(shí)施例4不同之處在于制備分子篩負(fù)載40%納米鐵，需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為12ml，分1(Γ 2次滴完。制備所得負(fù)載納米鐵宏觀為粉末，微觀結(jié)構(gòu)為鏈狀固體負(fù)載在載體上，顆粒粒徑為80 lOOnm。實(shí)施例7 與實(shí)施例4不同之處在于制備分子篩負(fù)載20%納米鐵，需要滴入二價(jià)鐵溶液的總量為4. 5ml，分:Γ4次滴完。所述負(fù)載納米鐵宏觀為黑色粉末，微觀結(jié)構(gòu)為納米鐵呈點(diǎn)狀分布在載體表面，顆粒粒徑約為 30 40nm。實(shí)施例7中的二價(jià)鐵溶液可以選擇FeCl2溶液或者FeSO4溶液。從圖f圖4可以看出，不管用將納米鐵負(fù)載到哪種載體上，納米鐵顆粒分布都很均勻，同時(shí)納米鐵顆粒沒有團(tuán)聚現(xiàn)象，顆粒都很小。
權(quán)利要求
1.一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，包括如下步驟 步驟一，配制濃度為O. 5mol/L的三價(jià)鐵溶液，在坩堝中放置500mg載體，根據(jù)需求的納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算一共要滴入三價(jià)鐵溶液的用量，將三價(jià)鐵溶液裝入滴管中滴至載體表面，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻； 步驟二，待載體與所滴的三價(jià)鐵溶液混合至膠狀后，停止滴入，將膠狀物質(zhì)放入70°C烘箱中，烘烤l(Tl5min ； 步驟三，向烘干后的物質(zhì)中繼續(xù)滴入三價(jià)鐵溶液，滴入過程中不斷攪拌，使之均勻，待載體與所滴的三價(jià)鐵溶液混合至膠狀后，重復(fù)步驟二 ； 步驟四，重復(fù)步驟三和步驟二，直至計(jì)算用量的三價(jià)鐵溶液全部滴入載體，將最后一步的膠狀物質(zhì)放入烘箱中70°C烘烤2(T25min，使其干燥； 步驟五，取出載體，將載體放入200ml三角燒瓶中，滴入濃度為lmol/L的硼氫化鈉溶液，滴速為30滴/分鐘，整個(gè)過程連續(xù)向三角燒瓶中通入氮?dú)?，并且保持?jǐn)嚢瑁? 步驟六，加入過量硼氫化鈉溶液，待反應(yīng)結(jié)束后，靜止2小時(shí)，靜止沉淀之后的固體真空抽濾，抽濾時(shí)間為12小時(shí)； 步驟七，抽濾之后的固體即負(fù)載納米鐵，將其轉(zhuǎn)移至酒精溶液或者密閉容器中保存。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，其特征在于，以濃度為O. 5mol/L的二價(jià)鐵溶液替代所述三價(jià)鐵溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，其特征在于，所述二價(jià)鐵溶液為FeCl2溶液或者FeSO4溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，其特征在于，所述三價(jià)鐵溶液為FeCl3溶液或者Fe2 (SO4) 3溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，其特征在于，所述載體為活性炭、活性氧化鋁、硅藻土或者分子篩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，其特征在于，所述負(fù)載納米鐵宏觀為粉末狀，微觀結(jié)構(gòu)為納米鐵呈點(diǎn)狀分布在載體表面，顆粒粒徑約為20nm，所述納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為2ml，分2次滴完。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，其特征在于，所述負(fù)載納米鐵宏觀為黑色粉末，微觀結(jié)構(gòu)為納米鐵呈點(diǎn)狀分布在載體表面，顆粒粒徑約為3(T40nm,所述納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為4. 5ml,分3 4次滴完。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，其特征在于，所述負(fù)載納米鐵宏觀為粉末，微觀結(jié)構(gòu)為鏈狀固體負(fù)載在載體上，顆粒粒徑為8(Tl00nm，所述納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，需要滴入三價(jià)鐵溶液的總量為12ml，分1(Γ12次滴完。
全文摘要
一種高效定量負(fù)載納米鐵的制備方法，在坩堝中放置載體，根據(jù)需求的納米鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，將三價(jià)鐵溶液滴至載體表面至膠狀后，停止滴入，進(jìn)行烘烤，向烘干后的物質(zhì)中繼續(xù)滴入三價(jià)鐵溶液，待載體與所滴的三價(jià)鐵溶液混合至膠狀后，進(jìn)行烘烤；重復(fù)直至計(jì)算用量的三價(jià)鐵溶液全部滴入載體，將最后一步的膠狀物質(zhì)放入烘箱中烘干，取出載體，放入三角燒瓶中，滴入過量硼氫化鈉溶液，待反應(yīng)結(jié)束，將靜止沉淀之后的固體真空抽濾，抽濾之后的固體即負(fù)載納米鐵，將其轉(zhuǎn)移至含有酒精溶液中或者密閉容器中保存，本發(fā)明能夠控制最終固體中納米鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時(shí)能夠使納米鐵在載體上分散的更好，增加原料的利用效率，便于后續(xù)的應(yīng)用，同時(shí)也大大提高了納米鐵的利用率。
文檔編號B01J20/32GK103007907SQ20121056417
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者左劍惡, 劉峰林, 謝幫蜜, 楊波, 王佩 申請人:清華大學(xué)