一种碳@铁纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳@铁纳米复合材料及其制备方法，该方法包含：将2

【技术实现步骤摘要】
一种碳@铁纳米复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种纳米复合材料，具体涉及一种碳@铁纳米复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球工业化进程加快，越来越多的行业都涉及重金属和有机物的排放，引起了严重的水污染，有些水域的污染情况已经严重威胁到当地人民的身体健康和工农业生产。重金属具有毒性强，具有不可生物降解且可在水体或植物中富集的特点，很多难降解有机物具有化学性稳定、不易分解转化的特性，这两种污染物对环境均有潜在毒性，成分复杂多样且难被微生物代谢降解或降解效果难以达到要求，而且大多数对微生物有一定的毒性作用和抑制作用。因此，需要开发有效的修复治理有毒重金属废水和降解水中有害有机物的方法。
[0003]纳米零价铁颗粒体积小，表面活性强，比表面积大，具有较强的还原能力。环境中大部分难降解的有机物如酸根离子、重金属都可以通过它来去除，目前已经在地下水修复，饮用水处理，废水深度处理等领域得到了应用。然而，由于纳米零价铁粒径非常小，极易发生团聚，使其反应活性大大地降低。另外，纳米零价铁暴露在空气中易发生氧化，甚至发生自燃，在水中容易失去活性和凝聚，从而难以回收和重复利用，增加了运输的难度和成本，极大限制了其在环境污染修复中的应用。因此，通过对纳米零价铁进行改进尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种碳@铁纳米复合材料及其制备方法，解决了零价铁容易发生氧化、团聚且分散性不好的问题，该碳@铁纳米复合材料具有，较好的分散性，抗氧化能力和磁响应性，从而在处理废水或土壤中的氧化性有机物方面具有较好的应用能力。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种碳@铁纳米复合材料的制备方法，该方法包含：将2
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氨基对苯二甲酸和三氯化铁溶于溶剂N,N
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二甲基甲酰胺中，在密闭反应釜中通过溶剂热反应，获得特定几何形状的Fe
‑
MOF前驱体MIL
‑
101；将所述MIL
‑
101分散于无水乙醇后，加入至聚乙烯亚胺水溶液中通过聚乙烯亚胺在室温对MIL
‑
101进行包裹刻蚀，结束后离心分离，所得固体经冷冻干燥得到中间产物，该中间产物的表面具有包裹层；将所述中间产物于真空管式炉中高温碳化对包裹层进行碳化，并利用碳的还原作用原位还原Fe
3+
，得到碳化产物；将所述碳化产物在室温常压条件下用硼氢化钠水溶液还原，待还原反应结束，离心分离，洗涤干燥，得到“四角星”形的碳@铁纳米复合材料。
[0006]优选地，所述2
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氨基对苯二甲酸和三氯化铁的质量比为1：2.5～3.5。
[0007]优选地，所述溶剂热反应温度为110℃，反应时间为24h。
[0008]优选地，所述MIL
‑
101通过超声分散于无水乙醇中
[0009]优选地，所述MIL
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101和聚乙烯亚胺的质量比为1：2.5。
[0010]优选地，所述包裹刻蚀的反应时长为0.5h。
[0011]优选地，所述高温碳化温度为600℃，碳化时长为2h。
[0012]优选地，所述硼氢化钠水溶液的浓度为0.25～1mol/L。
[0013]优选地，所述硼氢化钠水溶液还原的反应时长为1h。
[0014]本专利技术的另一目的是提供一种所述的方法制备的碳@铁纳米复合材料。
[0015]本专利技术的碳@铁纳米复合材料及其制备方法，解决了零价铁容易发生氧化、团聚且分散性不好的问题，具有以下优点：
[0016]本专利技术的碳@铁纳米复合材料，利用聚乙烯亚胺对MIL
‑
101进行包裹刻蚀，在真空条件下高温碳化后，进而用硼氢化钠进一步还原，得到“四角星”碳@铁(碳包裹零价铁)纳米复合材料。
[0017]本专利技术的碳@铁纳米复合材料，制备碳包裹纳米零价铁，利用碳在纳米零价铁表面形成包裹层，形成碳@铁核壳结构，具有较好的分散性、抗氧化能力和磁响应性，从而在处理废水或土壤中的氧化性有机物(如亚甲基蓝)方面具有较好的应用潜力。本专利技术的碳@铁纳米复合材料，具有MIL
‑
101的表面积大、孔隙率高和粒径均匀的特点，Fe包裹在中心会有效防止其团聚，提高分散性，同时有效缓解其在环境中氧化。
[0018]本专利技术的方法，高温碳化对包裹层进行碳化，在碳化过程中，部分Fe
3+
还原成Fe，最后通过硼氢化钠将全部Fe
3+
还原成Fe，从而获得零价铁。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1和对比例1制备的碳@铁纳米复合材料的透射电镜图。
[0020]图2为本专利技术实施例1和对比例1制备的碳@铁纳米复合材料的分散性对比图。
[0021]图3为本专利技术实施例1制备的碳@铁纳米复合材料水分散液在有、无外加磁场作用下的对比图。
[0022]图4为本专利技术实施例1和对比例1制备的碳@铁纳米复合材料及单质铁粉对亚甲基蓝的降解性能图。
[0023]图5为本专利技术实施例1和对比例1制备的碳@铁纳米复合材料有氧条件下放置8天后对亚甲基蓝的降解性能图。
具体实施方式
[0024]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1
[0026]一种碳@铁纳米复合材料的制备方法，该方法包含：
[0027](1)将0.205g 2
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氨基对苯二甲酸和0.625g三氯化铁分别溶于15mL溶剂N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，然后将两者混合均匀，转移到密闭的内衬有聚四氟乙烯的反应釜中，利用溶剂热反应制备前驱体，反应温度为110℃，反应时长为24h；反应完后，离心分离，所得固体用去离子水洗涤三次，无水乙醇洗涤一次，再真空干燥，得到Fe
‑
MOF前驱体MIL
‑
101，该前驱体主要是作为后面包裹刻蚀何碳化过程的牺牲模板，提供占位作用和高分散性；
[0028](2)将0.2g上述MIL
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101粉末超声分散于10mL无水乙醇溶液中，然后将混合均匀的
溶液加入聚乙烯亚胺水溶液(将0.5g聚乙烯亚胺溶于50mL水)中室温下包裹刻蚀0.5h，聚乙烯亚胺碱性大分子会对MIL
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101表面进行包裹，然后反应导致结构收缩形成四角星，离心分离，所得固体冷冻干燥，得到中间产物；
[0029](3)将步骤(2)所得的中间产物置于真空管式炉中于600℃高温碳化，碳化时长为2h，得到碳化产物；
[0030](4)称取步骤(3)所得的碳化产物0.15g在室温常压条件下加入至50mL0.25mol/L的硼氢化钠水溶液还原1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳@铁纳米复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包含：将2
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氨基对苯二甲酸和三氯化铁溶于溶剂N,N
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二甲基甲酰胺中，在密闭反应釜中通过溶剂热反应，获得特定几何形状的Fe
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MOF前驱体MIL
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101；将所述MIL
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101分散于无水乙醇后，加入至聚乙烯亚胺水溶液中通过聚乙烯亚胺在室温对MIL
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101进行包裹刻蚀，结束后离心分离，所得固体经冷冻干燥得到中间产物，该中间产物的表面具有包裹层；将所述中间产物于真空管式炉中高温碳化对包裹层进行碳化，得到碳化产物；将所述碳化产物在室温常压条件下用硼氢化钠水溶液还原，待还原反应结束，离心分离，洗涤干燥，得到“四角星”形的碳@铁纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的碳@铁纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述2
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖立，何汶轩，王薇菁，谢璐，赖雪飞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：