一种纳米Fe制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米Fe

【技术实现步骤摘要】
一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料及其制备方法与应用，属于环境工程中的环境功能材料制备

技术介绍
多溴联苯醚（Polybrominateddiphenylethers，PBDEs）作为常用、廉价的溴代阻燃剂，被广泛地应用于多种行业。理论上PBDEs有209种同类单体，商业上常用的有五溴联苯醚、八溴联苯醚和十溴联苯醚，近年来十溴联苯醚（BDE209）使用最广泛，产量和需求量逐年上升，特别是在发展中国家。据统计，中国从2000年到2005年，十溴联苯醚的产量从10000吨增加到了30000吨，增幅为200%。BDE209具有持久性、毒性、致癌性和致突变性，是一类具有生态风险的环境污染物。BDE209在生产、运输、使用和废弃处置等过程中会通过各种途径进入环境中，已在全球范围内的大气、水体、沉积物、生物体和人体中被广泛检出，而且污染水平有不断增高的趋势。由于BDE209结构中的溴原子具有强吸电子能力，导致其在自然环境中很难氧化，关于氧化法降解BDE209的研究及技术较少，因此，只能采用还原法降解，目前主要包括纳米材料降解法、微生物降解法和光降解法这三种降解方法，但这三种降解方法仅能将BDE209还原脱溴到3溴或者是联苯醚，不能彻底将十溴联苯醚开环，易产生二次污染，并未从根本上解决污染问题。将纳米材料和类芬顿高级氧化技术相结合对卤代有机污染物进行处理，是比较有效的修复技术之一。其中，纳米零价铁由于具有还原性强、来源广、成本低等优点而受到许多学者的青睐。但是由于纳米零价铁存在小尺寸效应和表面积效应，不稳定、易团聚，且易被氧化形成钝化层针铁矿（α-FeOOH）、纤铁矿（γ-FeOOH）、磁铁矿（Fe3O4），导致颗粒表面的活性点位下降，限制了其应用。本专利技术制备了一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料，纳米零价铁颗粒均匀包裹在纳米四氧化三铁表面，解决了纳米零价铁易团聚的问题，且表面不易钝化。本专利技术的纳米Fe0@Fe3O4复合材料具有较大的比表面积和较强的还原性，将该纳米复合材料的强还原性与类芬顿反应产生的强氧化性羟基自由基结合起来，可有效的将BDE209还原脱溴，并进一步开环矿化，从根本上解决了污染问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料及其制备方法与应用。本专利技术所采取的技术方案是：一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将三价铁盐和二价铁盐溶解在HCl溶液中，得到溶液A；2)将氨水滴加到溶液A中，充分反应，得到纳米四氧化三铁，用水洗涤至中性，再用水重新分散，得到溶液B；3)将还原剂溶解在乙醇/水溶液中，得到还原剂溶液；4)将二价铁盐溶解在乙醇/水溶液中，搅拌完全后加入溶液B，混合均匀，再滴加还原剂溶液，滴加完后，充分反应，得到零价铁负载的纳米四氧化三铁，即纳米Fe0@Fe3O4复合材料，用水洗至中性，再用水重新分散。所述三价铁盐为Fe2(SO4)3、FeCl3、Fe(NO3)3中的至少一种。所述二价铁盐为FeSO4、FeCl2、Fe(NO3)2中的至少一种。所述HCl溶液的物质的量浓度为0.005～0.03mol/L。所述氨水的物质的量浓度为1～5mol/L。所述乙醇/水溶液中乙醇的质量分数为10%～30%。步骤1）中Fe3+、Fe2+的摩尔比为（1～3）：1。步骤1）中三价铁盐溶于HCl溶液后Fe3+的物质的量浓度为0.24～0.35mol/L。步骤2）中氨水与溶液A的体积比为（2～5）:3。步骤2）中的反应温度为60～90℃，反应时间为3～5小时，搅拌速度为100～400rpm。步骤3）所述还原剂为NaBH4。步骤4）中二价铁盐溶于乙醇/水溶液后Fe2+的物质的量浓度为0.1～1mol/L。步骤4）中还原剂与Fe2+的摩尔比为（1～8）：1。纳米Fe0@Fe3O4复合材料通过以下方法降解有机卤化物：先配制四氢呋喃/水混合溶液，加入有机卤化物，再加入纳米Fe0@Fe3O4复合材料，20～80KHz超声降解20～48h，最后投加双氧水反应10～15h。所述四氢呋喃/水混合溶液中四氢呋喃、水的体积比为（9～49）：1。所述有机卤化物的投加量为5～15mg/L。所述纳米Fe0@Fe3O4复合材料的投加量为5～15g/L。所述有机卤化物、纳米Fe0@Fe3O4复合材料的质量比为（0.33～1）：1000。所述双氧水的投加量为0.06～0.1L/L。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术制备了一种分散型纳米Fe0@Fe3O4复合材料，仅需通过超声即可重新分散在水体中，储存、运输方便；（2）本专利技术制备的纳米Fe0@Fe3O4复合材料可将有机卤化物降解转化成低毒或无毒产物；（3）本专利技术的制备方法具有反应条件温和、能耗低、工艺简单、操作方便等优点，得到的纳米复合材料易于从水体中分离，无需复杂的装置和工艺，易于推广使用。附图说明图1为实施例3制备的纳米Fe0@Fe3O4复合材料颗粒的透射电镜（SEM）图。图2为实施例3制备的纳米Fe0@Fe3O4复合材料颗粒的扫描电镜（TEM）图。图3为实施例3制备的纳米Fe0@Fe3O4复合材料颗粒的X射线晶体衍射（XRD）图。图4为测试例1中纳米Fe0@Fe3O4复合材料超声条件下对BDE209的去除效果图。图5为测试例2中纳米Fe0@Fe3O4复合材料类芬顿法氧化法降解BDE209的效果图。图6为测试例3中不同纳米材料超声条件下对BDE209的去除效果图。图7为测试例4中不同反应条件下BDE209的去除及降解效果对比图。具体实施方式一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将三价铁盐和二价铁盐溶解在HCl溶液中，得到溶液A；2)将氨水滴加到溶液A中，充分反应，得到纳米四氧化三铁，用水洗涤至中性，再用水重新分散，得到溶液B；3)将还原剂溶解在乙醇/水溶液中，得到还原剂溶液；4)将二价铁盐溶解在乙醇/水溶液中，搅拌完全后加入溶液B，混合均匀，再滴加还原剂溶液，滴加完后，充分反应，得到零价铁负载的纳米四氧化三铁，即纳米Fe0@Fe3O4复合材料，用水洗至中性，再用水重新分散。优选的，所述三价铁盐为Fe2(SO4)3、FeCl3、Fe(NO3)3中的至少一种。进一步优选的，所述三价铁盐为FeCl3·6H2O。优选的，所述二价铁盐为FeSO4、FeCl2、Fe(NO3)2中的至少一种。进一步优选的，所述二价铁盐为FeSO4·7H2O。优选的，所述HCl溶液的物质的量浓度为0.005～0.03mol/L。优选的，所述氨水的物质的量浓度为1～5mol/L。优选的，所述乙醇/水溶液中乙醇的质量分数为10%～30%。优选的，步骤1）中Fe3+、Fe2+的摩尔比为（1～3）：1。优选的，步骤1）中三价铁盐溶于HCl溶液后Fe3+的物质的量浓度为0.24～0.35mol/L。优选的，步骤2）中氨水与溶液A的体积比为（2～5）:3。优选的，步骤2）中的反应温度为60～90℃，反应时间为3～5小时，搅拌速度为100～400rpm。优选的，步骤3）所述还原剂为NaBH4。优选的，步骤4）中二价铁盐溶于乙醇/水溶液后Fe2+的物质的量浓度为0.1～1mol/L。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将三价铁盐和二价铁盐溶解在HCl溶液中，得到溶液A；2）将氨水滴加到溶液A中，充分反应，得到纳米四氧化三铁，用水洗涤至中性，再用水重新分散，得到溶液B；3）将还原剂溶解在乙醇/水溶液中，得到还原剂溶液；4）将二价铁盐溶解在乙醇/水溶液中，搅拌完全后加入溶液B，混合均匀，再滴加还原剂溶液，滴加完后，充分反应，得到零价铁负载的纳米四氧化三铁，即纳米Fe0@Fe3O4复合材料，用水洗至中性，再用水重新分散。

【技术特征摘要】
1.一种纳米Fe0@Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将三价铁盐和二价铁盐溶解在HCl溶液中，得到溶液A；2)将氨水滴加到溶液A中，充分反应，得到纳米四氧化三铁，用水洗涤至中性，再用水重新分散，得到溶液B；3)将还原剂溶解在乙醇/水溶液中，得到还原剂溶液；4)将二价铁盐溶解在乙醇/水溶液中，搅拌完全后加入溶液B，混合均匀，再滴加还原剂溶液，滴加完后，充分反应，得到零价铁负载的纳米四氧化三铁，即纳米Fe0@Fe3O4复合材料，用水洗至中性，再用水重新分散；其中，所述HCl溶液的物质的量浓度为0.005～0.03mol/L；所述氨水的物质的量浓度为1～5mol/L；步骤1)中Fe3+、Fe2+的摩尔比为(1～3)：1；步骤1)中三价铁盐溶于HCl溶液后Fe3+的物质的量浓度为0.24～0.35mol/L；步骤2)中氨水与溶液A的体积比为(2～5):3；步骤2)中的反应温度为60～90℃，反应时间为3～5小时，搅拌速度为100～400rpm；步骤4)中二价铁盐溶于乙醇/水溶液后Fe2+的物质的量浓度为0.1～1mol/L；步骤4)中还原剂与Fe2+的摩尔比为(1～8)：1。2.根据权利要求1所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：方战强，谈蕾，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44