一种纳米零价铁及其制备方法及应用技术

本发明专利技术属于金属纳米颗粒技术领域，提供了一种纳米零价铁及其制备方法及应用。制备方法包括：向铁盐溶液或亚铁盐溶液中加入分散剂并快速搅拌，同时加入还原剂及茶叶提取液；待还原剂滴加完毕后继续搅拌直至不产生气泡为止，即得到纳米零价铁悬浮液；以磁选法从所述纳米零价铁悬浮液中获得黑色固体，经蒸馏水、乙醇充分洗涤，离心后倾倒上清液，将离心后得到的固体在抽真空条件下，冷冻干燥，获得纳米零价铁颗粒。本发明专利技术提供的纳米零价铁的制备方法，选用茶叶提取液作为抗氧化剂，保持纳米粒子高活性的同时还大大提高了纳米零价铁的抗氧化性能，不仅降低了环境污染，还实现了废弃茶叶的再利用，增加了茶叶行业的附加值。

A kind of nanometer zero-valent iron and its preparation method and Application

The invention belongs to the technical field of metal nanoparticles, and provides a nanometer zero-valent iron and its preparation method and application. The preparation method includes: adding dispersant to ferrous salt solution or ferrous salt solution and stirring rapidly, adding reductant and tea extract at the same time; stirring until no bubbles occur after adding reductant droplets; obtaining nano-zero-valent iron suspension; obtaining black solid from the nano-zero-valent iron suspension by magnetic separation method, thoroughly washing with distilled water and ethanol, and centrifuging. After the supernatant was poured, the solid obtained by centrifugation was freeze-dried under vacuum condition to obtain nano-zero-valent iron particles. The preparation method of nano-zero-valent iron provided by the invention chooses tea extract as antioxidant, maintains high activity of nano-particles and greatly improves the antioxidant performance of nano-zero-valent iron, not only reduces environmental pollution, but also realizes the reuse of waste tea and increases the added value of tea industry.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米零价铁及其制备方法及应用
本专利技术涉及金属纳米颗粒
，具体涉及一种纳米零价铁及其制备方法及应用。
技术介绍
目前，纳米技术的发展成为科研人员关注的热点，由于纳米材料较小的尺寸(1～100nm)使得其具有特殊的物理、化学性质，如大的比表面积(可高达几十m2/g)，极高的反应活性，较强的土壤运移能力，这些性质使其在环境领域具有较好的应用前景。纳米零价铁(NZVI)是近年研究较多的纳米材料，因Fe元素危害相对较小，在水处理方面有着优异的处理能力与实现资源化回收的能力。然而，由于纳米零价铁大的比表面积，极高的活性和较强的磁性，使得其极易团聚和氧化，从而极大降低其反应活性，限制其实际工程应用；另一方面，工业废水中大量的重金属离子流失到环境中，尤其是饮用水和大气中，对环境和人类健康也构成严重的威胁，如何有效资源化回收利用废水中重金属离子成为解决问题的关键难点。中国专利库公开了一种利用葡萄籽绿色合成纳米零价铁的方法及其应用(201410436735.9)，属于纳米材料及废水处理领域。所述制备方法如下，室温条件下以废弃物葡萄籽提取液作为分散剂和抗氧化剂制备纳米零价铁颗粒，通过本专利技术方法所制备的纳米零价铁颗粒具有良好的分散性和稳定性。本专利技术制备的纳米零价铁颗粒用于催化降解废水中的活性染料，染料废水pH＝2～10的条件下，对偶氮类染料活性艳红K-2G在9min内降解98％以上，对蒽醌类染料活性艳蓝KN-R在30min内降解95％以上，对环境适应性强，降解效率高。但是，该方案采用单一的分散剂和抗氧化剂，仍出现明显团聚现象，导致所制零价铁抗氧化性差，接触空气仍容易被氧化，影响零价铁反应活性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种纳米零价铁的制备方法，以有效阻止纳米零价铁的团聚，提高纳米零价铁的反应活性与抗氧化性。本专利技术还提供了一种纳米零价铁的应用，可有效资源化回收所处理废水中的多种重金属离子。第一方面，本专利技术提供了一种纳米零价铁的制备方法，包括：向铁盐溶液或亚铁盐溶液中加入分散剂并快速搅拌，同时加入还原剂及茶叶提取液；待还原剂滴加完毕后继续搅拌直至不产生气泡为止，即得到纳米零价铁悬浮液；以磁选法从所述纳米零价铁悬浮液中获得黑色固体，经蒸馏水、乙醇充分洗涤，离心后倾倒上清液，将离心后得到的固体在抽真空条件下，冷冻干燥，获得纳米零价铁颗粒。可选地，所述茶叶提取液采用如下步骤制备：将茶叶晒干，按每100ml水中加入0.05-2.5g茶叶制成茶叶溶液，于60-100℃加热0.5-3h，滤去茶叶废渣即得到所述茶叶提取液。可选地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和β-环糊精形成的混合物，其中所述聚乙烯吡咯烷酮所占质量分数为10-90％。可选地，所述分散剂与所述铁盐或亚铁盐的质量比为0.1-1:1。可选地，所述铁盐溶液包括FeCl3或Fe(NO3)3；所述亚铁盐溶液包括FeCl2或Fe(NO3)2；所述铁盐溶液或亚铁盐溶液中Fe3+或Fe2+的浓度为0.005-0.050mol/L。可选地，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠、硼氢化钾或次亚磷酸钠，所述铁盐或亚铁盐与还原剂的摩尔比为1:2-4。可选地，所述茶叶提取液与铁盐或亚铁盐的质量比为0.05-1:100。可选地，茶叶包括绿茶、白茶、红茶中的任一种。第二方面，本专利技术还提供了一种纳米零价铁，采用所述的制备方法制备而成。第三方面，本专利技术还提供了一种纳米零价铁的应用，将所述的纳米零价铁用于催化降解废水中的重金属离子，该重金属离子包括铬离子、镍离子、铜离子和铅离子。由上述技术方案可知，本专利技术提供的纳米零价铁的制备方法，选用茶叶提取液作为抗氧化剂，保持纳米粒子高活性的同时还大大提高了纳米零价铁的抗氧化性能，不仅降低了环境污染，还实现了废弃茶叶的再利用，增加了茶叶行业的附加值。本专利技术所制备的纳米零价铁可有效去除废水中的重金属离子，去除率可达98％以上，并且具备二次使用性能，在各种pH条件下均有较好的处理效果，对环境适应性强，经处理后废水均可实现达标排放。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1及图2为本专利技术实施例1的纳米零价铁的TEM图；图3为本专利技术实施例1的纳米零价铁的SEM图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。本专利技术第一实施例提供了一种纳米零价铁的制备方法。首先，进行茶叶提取液的制备，可以选用普通的茶叶，也可以选用上一次进行茶叶提取液制备的茶叶渣，也就是说，茶叶并非使用一次，可以进行多次使用，避免浪费。茶叶提取液采用如下步骤制备：将茶叶晒干，按每100ml水中加入0.05-2.5g茶叶制成茶叶溶液，于60-100℃加热0.5-3h，滤去茶叶废渣即得到所述茶叶提取液。然后，制备纳米零价铁。选取的原始材料可以是铁盐溶液，也可以是亚铁盐溶液。具体一点来说，所述铁盐溶液包括FeCl3或Fe(NO3)3；所述亚铁盐溶液包括FeCl2或Fe(NO3)2。具体操作步骤如下：向铁盐溶液或亚铁盐溶液中加入分散剂并快速搅拌，同时加入还原剂及茶叶提取液，待还原剂滴加完毕后继续搅拌直至不产生气泡为止，即得到纳米零价铁悬浮液；以磁选法从所述纳米零价铁悬浮液中获得黑色固体，经蒸馏水、乙醇充分洗涤，离心后倾倒上清液，将离心后得到的固体在抽真空条件下，冷冻干燥，获得纳米零价铁颗粒，密封保存与乙醇溶液中。磁选法是使纳米零价铁悬浮液流过永久磁钢或电磁铁表面，使颗粒与溶液分离。其中，颗粒便是所需制备的纳米零价铁颗粒。具体一点，铁盐溶液或亚铁盐溶液中Fe3+或Fe2+的浓度为0.005-0.050mol/L。具体一点，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和β-环糊精形成的混合物，其中所述聚乙烯吡咯烷酮所占质量分数为10-90％。所述分散剂与所述铁盐或亚铁盐的质量比为0.1-1:1。聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)简称PVP，是一种非离子型高分子化合物，是N-乙烯基酰胺类聚合物中最具特色，且被研究得最深、广泛的精细化学品品种。聚乙烯吡咯烷酮是具有亲水性易流动白色或近乎白色的粉末，有微臭。PVP作为一种合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性质，胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用，但其最具特色，因而受到人们重视的是其优异的溶解性能及生理相容性。β-环糊精，又名贝塔环糊精、环七糖、环麦芽七糖，白色结晶，在水中比较容易结晶。β-环糊精在水中的溶解度比较低，在室温下为1.85％，随着温度增加溶解度增加。不具有吸湿性，但是容易形成稳定的水合物。在相对湿度50-70％之间的水合程度，相当于每分子β-CD吸收10-11个水分子(含水量在13.7-14.8％)，吸湿等温曲线为两个相。不溶于一般有机溶剂，但在吡啶、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和乙二醇中能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米零价铁的制备方法，其特征在于，包括：向铁盐溶液或亚铁盐溶液中加入分散剂并快速搅拌，同时加入还原剂及茶叶提取液；待还原剂滴加完毕后继续搅拌直至不产生气泡为止，即得到纳米零价铁悬浮液；以磁选法从所述纳米零价铁悬浮液中获得黑色固体，经蒸馏水、乙醇充分洗涤，离心后倾倒上清液，将离心后得到的固体在抽真空条件下，冷冻干燥，获得纳米零价铁颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种纳米零价铁的制备方法，其特征在于，包括：向铁盐溶液或亚铁盐溶液中加入分散剂并快速搅拌，同时加入还原剂及茶叶提取液；待还原剂滴加完毕后继续搅拌直至不产生气泡为止，即得到纳米零价铁悬浮液；以磁选法从所述纳米零价铁悬浮液中获得黑色固体，经蒸馏水、乙醇充分洗涤，离心后倾倒上清液，将离心后得到的固体在抽真空条件下，冷冻干燥，获得纳米零价铁颗粒。2.根据权利要求1所述的纳米零价铁的制备方法，其特征在于，所述茶叶提取液采用如下步骤制备：将茶叶晒干，按每100ml水中加入0.05-2.5g茶叶制成茶叶溶液，于60-100℃加热0.5-3h，滤去茶叶废渣即得到所述茶叶提取液。3.根据权利要求1所述的纳米零价铁的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和β-环糊精形成的混合物，其中所述聚乙烯吡咯烷酮所占质量分数为10-90％。4.根据权利要求1所述的纳米零价铁的制备方法，其特征在于，所述分散剂与所述铁盐或亚铁盐的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：马振雄，丁邦东，陈涛，陈业科，施堃，陆遥，蒲晨，唐瑶嘉，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32