乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属的制备方法及其用途技术

本发明专利技术公开了一种乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属的制备方法及其用途。方法的步骤如下：１）在连续搅拌条件下，将ＮａＢＨ↓［４］水溶液逐滴加入装有等体积含ＦｅＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ和稳定剂的水溶液中，制得乳化态纳米级零价铁，稳定剂为可溶性淀粉，其浓度为０．２－２％，ＮａＢＨ↓［４］水溶液与ＦｅＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ水溶液的摩尔浓度比为２∶１；２）在连续搅拌条件下，将上述乳化态纳米级零价铁与Ｋ↓［２］ＰｄＣｌ↓［６］水溶液反应，并连续通入氮气，当溶液的颜色由红棕色变为淡绿色时，得到乳化态纳米级双金属，Ｐｄ与Ｆｅ的重量比例为５－１０∶１００００。乳化态纳米级零价铁或纳米级双金属用于含氯有机物、硝酸根及重金属污染物水的同步修复。本发明专利技术的乳化态纳米双金属制备方法简单，速度快；乳化态纳米双金属颗粒的比表面积大、分散性好、反应活性高，而且可以同时去除水中氯有机物、硝酸根及重金属污染物多种污染物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属的制备方法及其用途。
技术介绍
生产和生活过程中排放的各种污染物通过各种途径进入环境，严重污染了大气、土壤、地下水和地表水系统，严重威胁着人类的健康生活。含氯有机物、硝酸盐及重金属等是地下水中普遍存在的优先污染物，通常这些污染物都是混合存在于污染水体或土壤中。含氯有机物中相当一部分被列为环境优先控制污染物，尤其是持久性有机污染物，如DDT、六六六、PCBs、多氯酚、氯乙烯(VC)等，这些物质对于自然条件下的生物代谢、光降解、化学分解等具有很强的抵抗能力，一旦排入环境，难于被分解，特别是进入土壤、地下水和底泥等环境介质中存留数年甚至数十年或更长的时间；另外地球上每年的固氮量也远远超过通过反硝化释放的氮素量，从而导致硝酸盐氮在土壤和地下水中的长期积累，NO3-进入人体后被还原为NO2-，NO2-有致癌作用或引起婴幼儿高铁血红蛋白症。重金属与不同于其它有毒有害污染物，它们不能生物降解，而且会在生物体内积累，从而导致各种疾病，威胁人类健康。对于不同的污染物都有多种处理方法加以去除，但大多都是针对某一种污染物，在特定的条件下采用某种处理方法。如，常用于硝酸盐污染水体的处理方法有离子交换法、反渗透法、生物法等。但被污染的水体不可能为仅被一种污染物所污染，通常都含有多种污染物，特别常见的污染物如含氯有机物、硝酸盐、重金属等，适用于处理硝酸盐污染水体的方法(如离子交换法、反渗透法、生物法)却不能有效的去除含氯有机物。因此开发一种能够廉价、快速、高效的同步去除多种污染物的处理技术具有非常重要的意义。研究发现，Fe0几乎可以去除污染地下水中主要的污染物，包括地下水中含氯有机物的脱氯，硝酸盐的脱氮，及地下水中重金属的修复等，且铁被氧化后形成的氧化铁(氢氧化铁、碳酸铁等)能吸附多种污染物，如As(II)。利用铁金属处理地下水的系统，可以是地面上的，也可以与砂粒混合作为反应墙直接埋置在含水层中。金属铁虽然能够有效地使含氯有机物和硝酸盐脱氯、脱氮，但都面临着以下挑战(1)金属铁对某些氯化物(如氯代烃、PCBs等)反应性较低，反应速度比较慢，造成脱氯不完全，还会生成其他含氯副产物。在硝酸盐脱氮反应中，以纯粹的Fe作为还原剂，反应过程需要调节pH值至弱酸性(反应过程中pH会逐渐提高至中性)，如果实验条件控制不当，或反应时间不够会产生较多的氨氮和毒性更大的亚硝酸盐；(2)随着反应的进行，金属铁表面逐渐形成金属氢氧化物或碳酸盐钝化层，使得铁的反应活性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属的制备方法及其用途。乳化态纳米级零价铁的制备方法在连续搅拌条件下，将NaBH4水溶液逐滴加入装有等体积含FeSO4·7H2O和稳定剂的水溶液中，制得乳化态纳米级零价铁，稳定剂为可溶性淀粉，其浓度为0.2-2％，NaBH4水溶液与FeSO4·7H2O水溶液的摩尔浓度比为2∶1；乳化态纳米级双金属的制备方法的步骤如下1)在连续搅拌条件下，将NaBH4水溶液逐滴加入装有等体积含FeSO4·7H2O和稳定剂的水溶液中，制得乳化态纳米级零价铁，稳定剂为可溶性淀粉，其浓度为0.2-2％，NaBH4水溶液与FeSO4·7H2O水溶液的摩尔浓度比为2∶1；2)在连续搅拌条件下，将上述乳化态纳米级零价铁与K2PdCl6水溶液反应，并连续通入氮气，当溶液的颜色由红棕色变为淡绿色时，得到乳化态纳米级双金属，Pd与Fe的重量比例为5-10∶10000。乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属用于含氯有机物、硝酸根及重金属污染物水的同步修复。本专利技术的优点是1)乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属制备方法简单，速度快；只需两种化学试剂NaBH4和FeSO4·7H2O反应即可制得乳化态纳米级零价铁，乳化态纳米级零价铁与K2PdCl6水溶液反应，即可得到乳化态纳米级双金属，在0.5-3小时内即可完成；2)乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属颗粒的直径都在100nm以下，比表面积大。如纳米级Pd/Fe双金属(钯化率为0.05％)的BET比表面积为高达12.4m2·g-1；3)Pd的用量极少，钯化率为0.05-0.1％，乳化态纳米级Pd/Fe双金属的用量少，污染物与乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属的用量比例为(1-10)∶100，仅为普通铁粉的5％；4)乳化态纳米级零价铁或纳米级双金属的分散性好，反应活性高，而且可以同时去除水中氯有机物、硝酸根及重金属污染物多种污染物；反应0.5-5小时后，硝酸盐的去除率达到93％-99％，重金属的去除率达到98％-100％，含氯有机物的脱氯率为92％-99％，含氯有机物的去除率达到98％-100％。具体实施例方式乳化态纳米级零价铁、纳米级双金属的制备方法为化学还原法。加入稳定剂，利用一定的还原剂将金属Fe盐FeSO4·7H2O还原，制得乳化态纳米级零价铁，然后用催化金属的络合盐K2PdCl6与其反应而将催化金属Pd镀到乳化态纳米级零价铁表面，从而制得乳化态纳米级双金属。反应方程式如下 本专利技术是依据过渡金属Pd的催化活性、乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属都具有较大比表面积、较好的分散性以及这些污染物都容易被还原的特点，且铁被氧化后形成的氧化铁(氢氧化铁、碳酸铁等)能吸附多种污染物。本专利技术所提出的乳化态纳米级零价铁、纳米级双金属的用途，其技术特点是，采用高级还原技术同步、快速地还原修复含含氯有机物、硝酸根及重金属污染物的水体，整个反应过程中都连续通入氮气以保持良好的厌氧环境。用于制备乳化态纳米级零价铁、纳米级双金属的水在反应前需通入氧气曝气2小时，以除去水中的溶解氧。本专利技术的进一步特征在于，乳化态纳米级零价铁、纳米双金属在厌氧的还原环境下，即产生具有同步、快速、高效修复含氯有机物、硝酸根及重金属污染物水的修复的反应在自然界中水温0～40℃的常见范围，一般最佳温度值为25℃(即常温)；水的pH值为中性，无需调节为酸性；适合常见的地下水中污染物的浓度范围为0.05～200ppm。乳化态纳米级零价铁及纳米级双金属用于含氯有机物、硝酸根及重金属污染物水的修复。具体步骤如下在连续通入氮气，保持良好的厌氧环境的情况下，在含氯有机物、硝酸根及重金属污染物水中加入乳化态纳米级零价铁或纳米级双金属，污染物与乳化态纳米级零价铁或纳米级双金属的用量比例为(1-10)∶100，含氯有机物、硝酸根及重金属污染物的水与乳化态纳米级零价铁或纳米级双金属充分接触0.5-5小时后，水体得到修复、净化。实施例1在连续搅拌条件下将浓度为0.54mol·L-1的NaBH4水溶液逐滴加入装有等体积含0.27mol·L-1FeSO4·7H2O和1％可溶性淀粉的水溶液中，制得乳化态纳米级零价铁；实施例21)在连续搅拌条件下将浓度为0.54mol·L-1的NaBH4水溶液逐滴加入装有等体积含0.27mol·L-1FeSO4·7H2O和1％可溶性淀粉的水溶液中，制得3g乳化态纳米级零价铁2)在连续搅拌条件下，将上述3g乳化态纳米级零价铁与500ml浓度为12mg/L的K2PdCl6水溶液反应，并连续通入氮气，当溶液的颜色由红棕色变为淡绿色时，即可制得3g钯化率为0.0541％乳化态纳米级Pd/Fe双金属。实施例3在初始pH值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乳化态纳米级零价铁的制备方法，其特征在于：在连续搅拌条件下，将ＮａＢＨ↓［４］水溶液逐滴加入装有等体积含ＦｅＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ和稳定剂的水溶液中，制得乳化态纳米级零价铁，稳定剂为可溶性淀粉，其浓度为０．２－２％，ＮａＢＨ↓［４］水溶液与ＦｅＳＯ↓［４］.７Ｈ↓［２］Ｏ水溶液的摩尔浓度比为２∶１；。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐新华，郝志伟，刘永，金剑，何平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]