改性铁铜双金属纳米颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性铁铜双金属纳米颗粒及其制备方法，该改性铁铜双金属纳米颗粒包括壳聚糖和铁铜双金属纳米颗粒，其中壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面。其制备方法包括将壳聚糖溶液与硫酸亚铁溶液混合，滴加NaHB4溶液进行液相还原反应，滴加硫酸铜溶液进行原位置换反应，得到改性铁铜双金属纳米颗粒。本发明专利技术的改性铁铜双金属纳米颗粒具有分散性好、还原性强、使用寿命长等优点，是一种具有较好应用前景的能够用于原位修复重金属污染地下水的环境友好型材料。该改性铁铜双金属纳米颗粒的制备方法具有操作简便、成本低廉、清洁无污染等优点。

Modified iron-copper bimetallic nanoparticles and their preparation methods

The invention discloses a modified iron-copper bimetallic nanoparticles and a preparation method thereof. The modified iron-copper bimetallic nanoparticles include chitosan and iron-copper bimetallic nanoparticles, in which chitosan is coated on the surface of the iron-copper bimetallic nanoparticles. The preparation method includes mixing chitosan solution with ferrous sulfate solution, dropping NaHB4 solution for liquid phase reduction reaction, dropping copper sulfate solution for in-situ displacement reaction, and obtaining modified iron-copper bimetallic nanoparticles. The modified iron-copper bimetallic nanoparticles of the invention have the advantages of good dispersion, strong reducibility and long service life, and are an environment-friendly material with good application prospect and can be used for in-situ remediation of groundwater polluted by heavy metals. The preparation method of the modified iron-copper bimetallic nanoparticles has the advantages of simple operation, low cost, clean and pollution-free.

【技术实现步骤摘要】
改性铁铜双金属纳米颗粒及其制备方法
本专利技术属于纳米材料的制备领域，涉及一种改性铁铜双金属纳米颗粒及其制备方法，具体涉及一种壳聚糖改性铁铜双金属纳米颗粒及其制备方法。
技术介绍
随着经济的快速发展和城镇化进程的加快，大量未处理工业废水，固体废弃物的任意堆放，以及大量农药、化肥的使用，使得多种重金属持续不断地进入环境，渗入地下水。重金属作为一种持久性污染物已经受到了广泛关注和重视。由于重金属具有高稳定性和难降解性，难于治理。因此，治理重金属污染地下水已经成为全球性环境难题，对其治理迫在眉睫。目前，国内外治理重金属污染地下水的常用方法主要为抽出处理法和原位修复法，其中原位处理法即可渗透反应墙技术，一般根据不同污染场地特点，在反应墙中添加相应化学试剂。通常情况下纳米零价铁是广泛应用于可渗透反应墙技术中的反应剂，但是纳米零价铁在实际的场地应用中存在以下问题：在使用过程中容易团聚、易被氧化，限制了纳米零价铁的迁移性和还原性，从而影响材料的反应活性和处理效率。与纳米零价铁相比，双金属纳米零价铁可以明显提高反应活性和处理效率，但是双金属纳米零价铁在使用过程中仍然存在易团聚、易被氧化等问题，无法满足实际应用需求，且现有的双金属纳米零价铁多以贵金属作为掺杂成分，贵金属价格昂贵，还可能存在潜在的生态毒性。针对上述问题，现有技术中通过采用淀粉或羧甲基纤维素钠对双金属纳米零价铁材料进行改性，虽然在一定程度上缓解了双金属纳米零价铁存在的易团聚、易被氧化等问题，但是这些改性双金属纳米零价铁材料的颗粒粒径较大、分散不均匀、活性不高，用于修复重金属污染地下水时仍未能获得较好的修复效果。另外，这些改性双金属纳米零价铁的制备方法存在制备过程复杂、制备成本高、所用分散剂难以生物降解等问题，限制了材料在治理重金属污染地下水领域的推广和应用。因此，如何全面改善现有双金属纳米零价铁材料中存在的问题，以获得一种分散性好、还原性强、使用寿命长的改性铁铜双金属纳米材料以及与之匹配的制备过程简单、成本低廉、清洁无污染的改性铁铜双金属纳米材料的制备方法，对于治理重金属污染地下水具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种分散性好、还原性强、使用寿命长的改性铁铜双金属纳米颗粒，还提供了一种制备过程简单、成本低廉、清洁无污染的改性铁铜双金属纳米颗粒的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种改性铁铜双金属纳米颗粒，所述改性铁铜双金属纳米颗粒包括壳聚糖和铁铜双金属纳米颗粒；所述壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面。上述的改性铁铜双金属纳米颗粒中，进一步改进的，所述壳聚糖与铁铜双金属纳米颗粒的质量比为1％～4％。上述的改性铁铜双金属纳米颗粒中，进一步改进的，所述改性铁铜双金属纳米颗粒的粒径为5nm～20nm。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种改性铁铜双金属纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将壳聚糖溶液与硫酸亚铁溶液混合，得到混合溶液；(2)将NaHB4溶液滴加到步骤(1)中的混合溶液中进行液相还原反应，得到悬浊液；(3)将硫酸铜溶液滴加到步骤(2)的悬浊液中进行原位置换反应，得到改性铁铜双金属纳米颗粒。上述的制备方法中，进一步改进的，所述壳聚糖溶液与所述硫酸亚铁溶液的体积比为1∶1～10；所述硫酸亚铁溶液与所述NaHB4溶液的体积比为1∶1～5；所述硫酸亚铁溶液与所述硫酸铜溶液的体积比为1～3∶1。上述的制备方法中，进一步改进的，所述壳聚糖溶液的浓度为1g/L～5g/L；所述硫酸亚铁溶液的浓度为0.1M～0.25M；所述NaHB4溶液的浓度为0.2M～0.5M；所述硫酸铜溶液的浓度为0.01M～0.2M。上述的制备方法中，进一步改进的，步骤(1)中，所述混合在氮气气氛下进行；所述混合过程中搅拌的转速为250rmp～350rmp；所述混合的时间为30min～60min。上述的制备方法中，进一步改进的，步骤(2)中，所述液相还原反应在氮气气氛下进行；所述液相还原反应过程中搅拌的转速为250rmp～350rmp；所述NaHB4溶液滴加完毕后，继续搅拌30min～60min。上述的制备方法中，进一步改进的，步骤(3)中，所述原位置换反应在氮气气氛下进行；所述置换反应过程中搅拌的转速为250rmp～350rmp；所述硫酸铜溶液滴加完毕后，继续搅拌30min～60min。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种改性铁铜双金属纳米颗粒，包括壳聚糖和铁铜双金属纳米颗粒，其中壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面。本专利技术中，铜负载在纳米零价铁上形成铁铜双金属纳米颗粒，一方面，铜的负载能够保护纳米零价铁，缓解纳米零价铁被空气氧化；另一方面，铜的负载使得铁铜双金属纳米颗粒形成原电池效应，能够加速电子传递，提高电子的转移效率，从而显著增加铁铜双金属纳米颗粒对重金属的还原性。在此基础上，本专利技术将壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面，由于壳聚糖含有丰富的酰胺基团，具有较强的螯合作用，对分散稳定铁铜双金属纳米颗粒具有至关重要的作用，从而使铁铜双金属纳米颗粒分散均匀，改善了改性铁铜双金属纳米颗粒分散性，提高了改性铁铜双金属纳米颗粒在水体中的迁移性；于此同时，将壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面，能够进一步避免铁铜双金属纳米颗粒与氧气接触，防止被空气氧化，从而实现对铁铜双金属纳米颗粒的有效保护，维持材料的高反应活性，增加材料的使用寿命。本专利技术的改性铁铜双金属纳米颗粒具有分散性好、还原性强、使用寿命长等优点。(2)本专利技术的改性铁铜双金属纳米颗粒中，壳聚糖具有来源广泛、价格低廉、易生物降解、环境友好、无毒无害等优点。(3)本专利技术的改性铁铜双金属纳米颗粒可用于处理重金属污染地下水，具有反应速率快、处理周期短、去除率高、pH适用范围宽等优点，能够处理高浓度的重金属污染地下水。以Cr(VI)污染地下水为例，本专利技术的改性铁铜双金属纳米颗粒在Cr(VI)污染地下水具有较好的分散性、迁移性和还原性，能够高效去除地下水中的Cr(VI)，其中对于Cr(VI)浓度为100mg/L的Cr(VI)污染地下水在90min内的去除效率高达95.6％，且对pH为3-9范围内的Cr(VI)污染地下水均具有较好的去除效果。可见，本专利技术的改性铁铜双金属纳米颗粒是一种具有较好应用前景的能够用于原位修复重金属污染地下水的环境友好型材料。(4)本专利技术还提供了一种改性铁铜双金属纳米颗粒的制备方法，以壳聚糖为分散剂，通过原位还原反应和原位置换反应制备得到壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面的改性铁铜双金属纳米颗粒。本专利技术的制备方法中，通过利用壳聚糖的空间位阻和静电作用力使铁铜双金属纳米颗粒分散均匀，从而制备得到颗粒粒径小、比表面积大的改性铁铜双金属纳米颗粒，其中颗粒粒径为5-20nm，同时该改性铁铜双金属纳米颗粒呈球形光滑外貌，分散较为均匀，颗粒纯度较高，无其他杂质。本专利技术的制备方法具有操作简便、成本低廉、清洁无污染等优点。附图说明为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为对比例1中铜铁双金属纳米颗粒(Fe/Cu)的SEM图。图2为本专利技术实施例1中改性铁铜双金属纳米颗粒(C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性铁铜双金属纳米颗粒，其特征在于，所述改性铁铜双金属纳米颗粒包括壳聚糖和铁铜双金属纳米颗粒；所述壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面。

【技术特征摘要】
1.一种改性铁铜双金属纳米颗粒，其特征在于，所述改性铁铜双金属纳米颗粒包括壳聚糖和铁铜双金属纳米颗粒；所述壳聚糖包覆在铁铜双金属纳米颗粒表面。2.根据权利要求1所述的改性铁铜双金属纳米颗粒，其特征在于，所述壳聚糖与铁铜双金属纳米颗粒的质量比为1％～4％。3.根据权利要求1或2所述的改性铁铜双金属纳米颗粒，其特征在于，所述改性铁铜双金属纳米颗粒的粒径为5nm～20nm。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的改性铁铜双金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将壳聚糖溶液与硫酸亚铁溶液混合，得到混合溶液；(2)将NaHB4溶液滴加到步骤(1)中的混合溶液中进行液相还原反应，得到悬浊液；(3)将硫酸铜溶液滴加到步骤(2)的悬浊液中进行原位置换反应，得到改性铁铜双金属纳米颗粒。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液与所述硫酸亚铁溶液的体积比为1∶1～10；所述硫酸亚铁溶液与所述NaHB4溶液的体积比为1∶1～5；所述硫酸亚铁溶液与所述硫酸铜溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜丹妮，曾光明，黄丹莲，赖萃，张辰，程敏，刘洋，万佳，胡亮，周成赟，王晗，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43