一种改性纳米铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于材料改性领域。本发明专利技术提供了一种改性纳米铁。本发明专利技术通过硼氢化钠将铁离子还原成纳米铁，并利用金属有机骨架对纳米铁进行改性，克服了纳米铁在空气中易团聚的缺点，制备得到了改性纳米铁材料：MOFs‑NZVI。本发明专利技术还提供了所述改性纳米铁的制备方法，本发明专利技术提供的制备方法简单，能大批量的合成改性纳米铁。本发明专利技术还提供了所述改性纳米铁在去除钒中的应用，为钒的去除带来了新的方向。

A modified nano iron and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性纳米铁及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料的改性
，尤其涉及一种改性纳米铁及其制备方法和应用。
技术介绍
钒是一种“钢铁工业添加剂”，能提高钢的韧性和耐磨度，被广泛应用于航空、航天、轮船、铁路等领域，由于钒的化合物具有多种颜色，还被应用于颜料、墨水等领域。我们在开采利用钒矿资源的同时也会造成一系列的环境污染问题，尤其是钒工业废水的不合理排放，使我国水体中的钒含量严重超标。据研究表明，长期饮用高钒水或长期暴露于高钒环境中，可能会引起咳嗽、恶心、头晕、以及新陈代谢紊乱等症状，严重危害人体健康。我国2011年颁布的《钒工业污染物排放标准》中规定饮用水中含钒量的限值为0.05mg/L。近年来，对于钒污染的治理、废钒资源化提取的研究较多，主要包括化学、物理以及生物三大类去除钒的方法。化学沉淀法、电解法以及化学混凝吸附法是目前常用的化学方法。其中，化学沉淀是应用范围最广泛的方法之一，通常以硫酸亚铁铵、铵盐、铁屑等作沉淀剂。物理方法主要包括吸附、离子交换、溶剂萃取等，主要利用钒离子的存在形态、溶解度等物理性质，以达到去除的目的。生物法主要是通过水体中的部分生物、微生物有机体或其代谢产物与废水中的钒离子相互作用，最终达到清除钒的目的。但是常用的方法对钒的去除效果都不是很理想。因此，寻找一种高效快速去除水体中的钒是目前水环境治理与修复领域急需解决的问题。纳米零价铁(NZVI)作为一种新型的纳米材料，具有粒径小、比表面积大，反应活性高等特点，目前已被广泛应用于重金属去除领域，对铬、镉、铅、砷等多种重金属都具有良好的去除效果，但单独的纳米零价铁无法去除钒，并且纳米零价铁在空气中存在易氧化、易团聚，易自燃等缺点，因此有必要研发一种经济、高效的改性纳米零价铁材料，以提高纳米零价铁在实际水处理
的应用。金属有机骨架(Metal-OrganicFrameworks，MOFs)是一种新型的、稳定的多孔材料。具有孔隙率高，比表面积大，孔径可调节等特点，且能都抵抗多种化学药品，在高温、高压条件下依然能够保持稳定的骨架结构。在化学工业领域具有很好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种改性纳米零价铁并应用在钒的去除中。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种改性纳米铁的制备方法，包含如下步骤：(1)将铁源和混合溶剂乙醇水溶液混合，获得铁溶液；所述铁源包含二价铁化合物和/或三价铁化合物；(2)在保护气氛下，将MOFs材料、铁溶液和硼氢化钠溶液混合，进行改性反应，得到改性纳米铁。作为优选，所述步骤(1)中的乙醇水溶液由无水乙醇和水混合得到，所述水和无水乙醇的体积比为1：7～9。作为优选，所述步骤(1)中乙醇水溶液和铁源的用量比为1mL：(0.001～0.005)g。作为优选，所述步骤(2)中MOFs材料为UiO系列、ZIF系列或PCN系列中的一种，所述硼氢化钠溶液的溶剂为水。作为优选，所述铁源和MOFs材料的质量比为1：0.1～0.6，所述铁源和硼氢化钠的质量比为1：0.8～1.54，所述硼氢化钠溶液中水和硼氢化钠的用量比为1mL：(0.001～0.006)g。作为优选，所述步骤(2)中改性反应在搅拌状态下进行，所述改性反应的反应时间为0.5～1.5h。本专利技术还提供了所述制备方法得到的改性纳米铁。本专利技术还提供了所述的改性纳米铁在去除钒中的应用。本专利技术提供了一种改性纳米铁。本专利技术通过硼氢化钠将铁离子还原成纳米铁，并利用金属有机骨架对纳米铁进行改性，克服了纳米铁在空气中易团聚的缺点，制备得到了改性纳米铁材料：MOFs-NZVI。本专利技术还提供了所述改性纳米铁的制备方法，MOFs增加了纳米铁的分散性，并且和纳米铁协同作用，达到了高效快速去除钒的目的，本专利技术提供的制备方法简单，能大批量的合成改性纳米铁。本专利技术还提供了所述改性纳米铁在去除钒中的应用，为钒的去除带来了新的方向。附图说明图1为不同初始pH值条件下MOFs-NZVI材料对V(V)溶液去除效果的影响。图2为不同污染物初始浓度条件下MOFs-NZVI材料对V(V)溶液去除效果的影响。图3为不同吸附剂投加量条件下MOFs-NZVI材料对V(V)溶液去除效果的影响。具体实施方式本专利技术提供了一种改性纳米铁的制备方法，包含如下步骤：(1)将铁源和乙醇水溶液混合，获得铁溶液；所述铁源包含二价铁化合物和/或三价铁化合物；(2)在保护气氛下，将MOFs材料、铁溶液和硼氢化钠溶液混合，进行改性反应，得到改性纳米铁。在本专利技术中，所述步骤(1)中的乙醇水溶液优选为无水乙醇和水的混合物，所述乙醇水溶液中水和无水乙醇的体积比优选为1：7～9，更优选为1:7.5～8.5。在本专利技术中，所述步骤(1)中铁二价或三价化合物优选为三氯化铁、二氯化铁，所述步骤(1)中乙醇水溶液和三氯化铁的用量比优选为1mL：(0.001～0.005)g，更优选为1mL：(0.002～0.004)g，进一步优选为1mL：(0.025～0.035)g。在本专利技术中，所述步骤(2)中MOFs材料优选为UiO系列、ZIF系列或PCN系列中的一种，进一步优选为UiO-66；所述硼氢化钠溶液的溶剂优选为水。在本专利技术中，所述铁源和MOFs材料的质量比优选为1：0.1～0.6，更优选为1：0.2～0.5，进一步优选为1：0.3～0.4；所述铁源和硼氢化钠的质量比优选为1：0.8～1.54，进一步优选为1：1.04～1.3；所述硼氢化钠溶液中水和硼氢化钠的用量比优选为1mL：(0.001～0.006)g，进一步优选为1mL：(0.002～0.004)g。在本专利技术中，所述的保护气氛优选为氮气或氩气。本专利技术优选先将所述MOFs材料和铁溶液混合，然后再向所得混合物中滴加硼氢化钠溶液；所述MOFs材料和铁溶液的混合优选为在电热套中同时加热和搅拌，所述加热的温度优选为50～80℃，进一步优选为60～70℃；所述加热和搅拌的时间优选为0.5～1.5h，进一步优选为0.75～1.25h；滴加所述硼氢化钠溶液的速率优选为0.5～1.5d/s，并且每滴加5～15分钟后超声1～3分钟，所述超声的频率优选为30～50KHz。本专利技术通过硼氢化钠将铁离子还原成纳米铁，并利用金属有机骨架对纳米铁进行改性，克服了纳米铁在空气中易团聚的缺点。在本专利技术中，所述步骤(2)中改性反应的时间是从硼氢化钠溶液滴加完成后开始计时的，所述改性反应的反应时间优选为0.5～1.5h，进一步优选为0.75～1.25h；所述改性反应优选在搅拌条件下进行，此处的搅拌使NZVI与MOFs充分接触，减少纳米铁的团聚。本专利技术优选对改性完成后的体系进行后处理，所述的后处理优选对体系进行固液分离并清洗，所述清洗的清洗试剂优选为脱氧去离子水，所述清洗的清洗时间优选为10～20分钟，进一步优选为12～18分钟；所述M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性纳米铁的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：/n(1)将铁源和乙醇水溶液混合，获得铁溶液；所述铁源包含二价铁化合物和/或三价铁化合物；/n(2)在保护气氛下，将MOFs材料、铁溶液和硼氢化钠溶液混合，进行改性反应，得到改性纳米铁。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性纳米铁的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将铁源和乙醇水溶液混合，获得铁溶液；所述铁源包含二价铁化合物和/或三价铁化合物；
(2)在保护气氛下，将MOFs材料、铁溶液和硼氢化钠溶液混合，进行改性反应，得到改性纳米铁。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的乙醇水溶液由无水乙醇和水混合得到，所述水和无水乙醇的体积比为1：7～9。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中乙醇水溶液和铁源的用量比为1mL：(0.001～0.005)g。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳听义，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12