改性纳米零价铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性纳米零价铁及其制备方法和应用，该改性纳米零价铁包括鼠李糖脂和纳米零价铁，鼠李糖脂修饰于纳米零价铁表面，鼠李糖脂与纳米零价铁的质量比为0.1～2∶1。其制备方法是将鼠李糖脂溶液与硫酸亚铁溶液混合，滴加入NaHB

Modified nano zero valent iron, preparation method and application thereof

The invention discloses a modified nano zero valent iron and a preparation method and application of the modified nano zero valent iron including rhamnolipid and nano zero valent iron, rhamnolipid modified on the surface of nano zero valent iron, the quality of rhamnolipid and nano zero valent iron ratio is 0.1 to 2: 1. The method is prepared by mixing rhamnolipid solution with ferrous sulfate solution and dropping into NaHB

【技术实现步骤摘要】
改性纳米零价铁及其制备方法和应用
本专利技术属于污染底泥中重金属的物理化学处理领域，涉及一种改性纳米材料及其制备方法，具体涉及一种改性纳米零价铁及其制备方法和应用。
技术介绍
水体底泥是河流或湖泊污染物的主要蓄积库，亦可以直接反映水体的污染历史，近几年我国工业的迅猛发展致使许多河流受到了较为严重的重金属污染，尤其是其底泥。底泥中的重金属不仅对水体产生污染，危害河流的底栖生物，也会对人的生活生产带来影响。铅是环境中一种重要的有毒污染物，它能使大脑中的活性蛋白变性失活，使相关功能活动紊乱或停止，甚至使脑细胞死亡，从而造成儿童大脑永久性的、不可逆的损伤。铅蓄积在人体骨骼中，会对人体的血液系统、免疫系统、消化系统、神经系统等产生影响。研究人员还证实，母体内的铅会贻害后代，会影响胎儿的大脑发育，出现智障、癫痫等症，还会影响胎儿牙胚的发育，生后孩子易患龋齿。此外，铅中毒也会导致感觉功能障碍，例如很多铅中毒病人会出现视觉功能障碍：视网膜水肿、球后视神经炎、盲点、眼外展肌麻痹、视神经萎缩、眼球运动障碍、瞳孔调节异常、弱视或视野改变；或嗅觉、味觉障碍等。底泥中重金属铅的去除方法一般包括物理化学方法(热解法、电化学法和提取法)、生物修复法(微生物法、植物修复法)等。虽然上述方法在污染底泥的修复研究中已经取得了一定进展，但是传统的修复方法仍存在一定的弊端。近年来，用纳米零价铁还原去除环境中的污染物成为了一个非常活跃的研究领域。纳米零价铁具有较强还原能力，可把在金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来而沉积在铁的表面从而达到去除污染的目的。但由于纳米零价铁颗粒自身的磁性引力，易引起团聚，减少了纳米零价铁颗粒的吸附点位，且纳米零价铁颗粒易与周围的介质(比如溶解氧、水)发生反应，容易被氧化，从而降低了其反应活性；同时团聚之后颗粒通常都是微米级颗粒，这使得纳米零价铁颗粒在底泥中的迁移性和活性的快速下降，不利于纳米零价铁颗粒在环境水体和土壤中的流动性，对环境污染的修复工作不利。
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，提供一种分散性能好、稳定性好、反应活性高、渗透性高的改性纳米零价铁，还提供了一种对实验仪器设备要求相对较低、操作简单易行、制备成本低并且反应迅速的改性纳米零价铁的制备方法，以及该改性纳米零价铁在稳定底泥中重金属铅中的应用，具有成本低廉、操作简便、稳定效果好、清洁无污染、对环境无毒害作用等优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种改性纳米零价铁，所述改性纳米零价铁包括鼠李糖脂和纳米零价铁，所述鼠李糖脂修饰于所述纳米零价铁表面；所述改性纳米零价铁中所述鼠李糖脂与所述纳米零价铁的质量比为0.1～2∶1。上述的改性纳米零价铁中，优选的，所述改性纳米零价铁的粒径为100nm～120nm。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的改性纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：S1、将鼠李糖脂溶液与硫酸亚铁溶液混合，得到混合溶液；S2、将NaHB4溶液滴加到步骤S1的混合溶液中进行反应，得到改性纳米零价铁。上述的制备方法中，优选的，所述鼠李糖脂溶液的浓度为0.2g/L～4g/L；所述硫酸亚铁溶液的浓度为0.07M～0.21M；所述NaHB4溶液的浓度为0.14M～0.42M。上述的制备方法中，优选的，所述鼠李糖脂溶液与硫酸亚铁溶液的体积比为2～3∶1；所述硫酸亚铁溶液与所述NaHB4溶液的体积比为1∶1；所述NaBH4溶液中的BH4-与所述硫酸亚铁溶液中的Fe2+的摩尔比为2∶1。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S1中：所述鼠李糖脂溶液由鼠李糖脂与水混合，经超声处理制备得到；所述超声处理的频率为30KHz～50KHz；所述超声处理的时间为5min～10min；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300r/min～500r/min；所述搅拌的时间为15min～25min；和/或，所述步骤S2中：所述反应在氮气气氛下进行；所述反应过程中搅拌的转速为300r/min～500r/min；所述NaHB4溶液滴加完毕后，继续搅拌15min～30min。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的改性纳米零价铁在稳定底泥中重金属铅中的应用，包括以下步骤：将改性纳米零价铁添加到含铅底泥中进行恒温静置反应，完成对含铅底泥的处理。上述的应用中，优选的，所述改性纳米零价铁以悬浮液的形式添加到含铅底泥中，改性纳米零价铁的悬浮液与含铅底泥的体积质量比为5mL～10mL∶1g；所述改性纳米零价铁的悬浮液中改性纳米零价铁的浓度为0.5g/L～1g/L。上述的应用中，优选的，所述含铅底泥中重金属铅的初始浓度为250mg/kg～300mg/kg；所述含铅底泥的pH值为6～8。上述的应用中，优选的，所述恒温静置反应的温度为20℃～25℃，时间为0d～42d。本专利技术的创造性在于：本专利技术以鼠李糖脂(RL)作为分散剂对纳米零价铁进行改性，其中鼠李糖脂改善了颗粒的分散性能，其机理主要是通过将鼠李糖脂修饰于纳米零价铁表面，改变纳米零价铁的表面电荷分布，产生静电稳定效应、空间位阻作用和静电空间位阻稳定效应，从而改善纳米零价铁的分散效果，可见通过鼠李糖脂改性使纳米零价铁分散均匀，有效地阻止了纳米零价铁之间的团聚效应，提高了纳米零价铁的分散性、稳定性及渗透性，且解决了由于纳米零价铁颗粒自身的磁性引力所造成的团聚、吸附点位少等问题；同时，鼠李糖脂修饰于纳米零价铁的表面，有效的减少了纳米零价铁颗粒与周围的介质(比如溶解氧、水)的接触面积，阻止了纳米零价铁与周围介质发生反应，从而维持其较高的反应活性。因此，本专利技术中通过鼠李糖脂改性得到的改性纳米零价铁具有分散性能好、稳定性好、反应活性高、渗透性高等优点，对底泥中的重金属铅具有良好的稳定效率，不会给环境带来二次污染，具有良好的应用价值。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术以鼠李糖脂(RL)为分散剂对纳米零价铁进行改性，得到的改性纳米零价铁是一种分散性能好、稳定性好、反应活性高、渗透性高的材料。本专利技术的改性纳米零价铁能随着溶液渗透进入底泥内部，具有可生物降解性，对环境无毒害作用，不会产生二次污染，适合大规模应用。(2)本专利技术中，鼠李糖脂是一种价格低廉、可生物降解、对环境无毒害作用的阴离子生物表面活性剂，可以通过分散和润湿性能来使物质扩散，使得改性后的纳米零价铁具有良好的渗透性；同时鼠李糖脂具有特有的羧基、羟基结构，这使得它能与重金属形成螯合物，特别是对重金属铅具有良好的稳定效果。相比未改性纳米零价铁，本专利技术通过鼠李糖脂改性得到的改性纳米零价铁提高了对重金属铅的稳定效率，降低了重金属在底泥中的迁移性以及生物有效性，减少了重金属对生物体的危害。(3)本专利技术还提供了一种改性纳米零价铁的制备方法，该方法对实验仪器设备要求相对较低、操作简单易行、制备成本低并且反应迅速，可在短时间内产生大量的纳米材料，制得的改性纳米零价铁粒子分布均匀，呈现出球状，分散性得到很大改善，且没有出现氧化铁杂质，纯度高。(4)本专利技术的改性纳米零价铁可用于治理重金属污染污染底泥，其成本低廉，操作简便，稳定效果好，且清洁无污染，对环境无毒害作用，在底泥重金属污染治理
具有广泛的应用前景。附图说明为使本专利技术实施例的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性纳米零价铁，其特征在于，所述改性纳米零价铁包括鼠李糖脂和纳米零价铁，所述鼠李糖脂修饰于所述纳米零价铁表面；所述改性纳米零价铁中所述鼠李糖脂与所述纳米零价铁的质量比为0.1～2∶1。

【技术特征摘要】
1.一种改性纳米零价铁，其特征在于，所述改性纳米零价铁包括鼠李糖脂和纳米零价铁，所述鼠李糖脂修饰于所述纳米零价铁表面；所述改性纳米零价铁中所述鼠李糖脂与所述纳米零价铁的质量比为0.1～2∶1。2.根据权利要求2所述的改性纳米零价铁，其特征在于，所述改性纳米零价铁的粒径为100nm～120nm。3.一种如权利要求1或2所述的改性纳米零价铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将鼠李糖脂溶液与硫酸亚铁溶液混合，得到混合溶液；S2、将NaHB4溶液滴加到步骤S1的混合溶液中进行反应，得到改性纳米零价铁。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述鼠李糖脂溶液的浓度为0.2g/L～4g/L；所述硫酸亚铁溶液的浓度为0.07M～0.21M；所述NaHB4溶液的浓度为0.14M～0.42M。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述鼠李糖脂溶液与硫酸亚铁溶液的体积比为2～3∶1；所述硫酸亚铁溶液与所述NaHB4溶液的体积比为1∶1；所述NaBH4溶液中的BH4-与所述硫酸亚铁溶液中的Fe2+的摩尔比为2∶1。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中：所述鼠李糖脂溶液由鼠李糖脂与水混合，经超声处理制备得到；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛文静，黄丹莲，彭志威，曾光明，万佳，张辰，邓锐，胡正勋，胡婵娟，秦香，王茜，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43