本发明专利技术公开了一种催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂及制备方法，其结构是：（１）纳米复合树脂的载体为具有碱性功能基团的离子交换与吸附树脂；（２）载体的内外表面固载具有纳米尺寸的零价铁系列无机材料。其制备是将ＦｅＣｌ↓［４］↑［－］离子通过离子交换作用导入树脂的内外表面；将导入树脂内外表面的ＦｅＣｌ↓［４］↑［－］离子还原为纳米零价铁；通过在Ｎ↓［２］保护下洗涤、干燥得到载零价铁纳米复合树脂。本发明专利技术结合了树脂对水体中无机阴离子污染物的Ｄｏｎｎａｎ预富集效应和纳米零价铁对环境污染物的高效催化降解效应于一体，并克服了纳米零价铁颗粒易团聚、化学性质不稳定、颗粒小压头损失大等缺点，对环境中微污染物质具有快速、高效、廉价的催化降解特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于催化降解环境介质中微量污染物的高性能环境功能复 合材料，更具体的说是一种催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂及制备方 法。
技术介绍
近年来，大量的研究表明纳米零价铁是一种高效还原剂，其具有比表面积高、 催化活性好、成本低廉、环境友好等诸多特性，被广泛应用于卤代有机物的催化脱氯和脱溴、硝基化合物的催化降解、CKV和NCV等无机阴离子污染物的催化 降解的研究，以及地下水的实际修复应用中(Zhang W. X. Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview. Journa/ of WanopartZc/e Research 2003， 5, 323-332)。由于纳米零价铁的自聚集效应、 化学性质不稳定(易被氧化)等性质，它在自然环境中不能稳定存在，还有自燃 的危险；而且由于纳米颗粒尺寸极小，导致压头损失大、迁移性差，限制了纳米 零价铁在环境领域的推广应用。因此，实现纳米零价铁工程应用的两大瓶颈问题是(1)纳米零价铁的稳定化技术；(2)纳米零价铁直接应用时压头损失大的 解决技术。近期已有研究者将纳米零价铁固载到阳离子交换树脂上用于溴代有机物的脱溴研究(Li A., Tai C.， Zhao Z. S.， et al. Debromination of decabrominated diphenyl ether by resin-bound iron nanoparticles. E/iWronme/Jte/Sc,ence & Techno/ogy 2007， 41， 6841-6846)，但是阳离子交 换树脂对于水体中CI04'和NOs'等阴离子具有静电排斥作用，使得该材料对于无 机阴离子污染物催化降解效能很差。2005年南京大学申请了《一种树脂基除砷吸附剂的制备方法》专利(ZL 200510095177.5),该专利是将水合氧化铁(非零价铁)颗粒固载于阴离子交换 树脂内表面，主要利用树脂的氨基和水合氧化铁颗粒对砷酸根的协同吸附作用， 实现对水体中砷酸根的深度净化。
技术实现思路
1. 专利技术要解决的技术问题本专利技术提供了，针 对纳米零价铁的稳定化和细颗粒纳米零价铁直接应用时压头损失大的问题，以及 对水环境中无机阴离子污染物和有机污染物能预富集的技术难题，可以有效解决 以上问题，从而为环境介质中微量有机或无机污染物的深度净化和安全控制提供 技术支持。2. 技术方案一种催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂，基本结构组成可以分为两部分(1)纳米复合树脂的载体为具有碱性功能基团的离子交换与吸附树脂； (2)载体的内外表面固载具有纳米尺寸的零价铁系列无机材料。这类结构可以从附图说明图1和图2中材料内切面的透射电镜(TEM)图中看出。 图中背景部分为树脂载体的骨架，黑点代表零价铁系列无机材料，常见的无机材料为零价铁、核-壳结构(即核是零价铁，壳是铁的氧化物FexOy)、双金属 结构(Fe-Pd、 Fe-Cu、 Fe-Co、 Fe-Ni、 Fe-Re 、 Fe-AI、 Fe-Zn等)等。从标 尺可以看出，无机材料颗粒尺寸为纳米级，且均匀分散在树脂孔内，由于载体本 身稳定的纳米孔网格结构，这些纳米颗粒无机材料受制于骨架纳米孔模版引发的 位阻效应，抑制其自发聚集，同时有效控制了零价铁的快速氧化消耗问题。树脂 的纳米孔模版效应从根本上解决了纳米零价铁的稳定化问题。纳米复合树脂载体为具有丰富纳米孔结构的离子交换与吸附树脂，树脂基本 骨架为苯乙烯系或丙烯酸系，骨架上可含有叔氨基、季氨基、碱性杂环基团(如 吡啶、吡咯等)等功能基，树脂的平均孔径在1-100nm之间。依据这一要求， 适合作为复合材料载体的离子交换与吸附树脂可以是大孔离子交换树脂如 D-201、 D-301、 NDA-900、 Amberlite IRA-900、 Amberlite IRA-958、 Amberlite IRA-96、 Purolite C-100、 Purolite A500、 WBR109等及超高交联吸附树脂如 NDA-88、 NDA-99等。这类纳米复合树脂中，铁(包括零价铁和氧化态铁)的含量为10-250mg/g， 纯度>95%，无机材料颗粒尺寸为5-100nm。复合材料的颗粒粒径为0.5-1.5mm， 这样的颗粒尺寸可以克服游离的纳米零价铁应用于流体系统时压头损失过大的问题。而且，树脂表面的碱性功能基对于水环境中的无机阴离子污染物基于Donnan效应而具有预富集的特性；树脂骨架对于水环境中的有机污染物基于疏 水作用、微孔填充等效应也具有预富集的特性。这类用于催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂的设计原理和制备方法 主要包括以下步骤(A) 选取具有碱性功能基团的离子交换与吸附树脂为复合材料的载体，将 FeCl4'离子通过离子交换作用导入树脂的内外表面；(B) 用NaBH4或KBH4溶液将导入树脂内外表面的FeCl4—离子还原为纳米 零价铁；(C) 通过在N2保护下洗涤、干燥等技术得到载零价铁纳米复合树脂；(D) 将步骤(B)反应后的树脂缓慢暴露于含氧空气中，再通过洗涤、干 燥等技术，即得到具有核-壳结构的载零价铁纳米复合树脂；(E) 将步骤(B)反应后的树脂在N2保护下浸入第二种金属(Al， Cu， Co， Ni， Pd， Re， Zn等)的盐溶液中，再通过在N2保护下洗涤、 干燥等技术，即得到具有双金属结构的载零价铁纳米复合树脂。步骤(A)中纳米复合树脂载体为具有丰富纳米孔结构的离子交换与吸附树 脂，树脂基本骨架为苯乙烯系或丙烯酸系，骨架上可含有叔氨基、季氨基、碱性 杂环基团(如吡啶、吡咯等)等功能基，树脂的平均孔径在1-100nm之间。适 合作为复合材料载体的离子交换与吸附树脂可以是大孔离子交换树脂如D-201、 D國301、 NDA-900、 Amberlite IRA-900、 Amberlite IRA-958、 Amberlite IRA-96、 Purolite C-100、 Purolite A500、 WBR109等及超高交联吸附树脂如NDA-88、 NDA-99等。步骤(C) (D) (E)中制得的载零价铁纳米复合树脂的无机材料部分分别 具有纯零价铁、核-壳结构(即核是零价铁，壳是铁的氧化物FexOy)和双金属 结构(即Fe-Pd、 Fe-Cu、 Fe-Co、 Fe-Ni、 Fe-Re、 Fe-AI、 Fe-Zn等)。 3.有益效果本专利技术将提供，可 以从根本上解决纳米零价铁的稳定化问题和压头损失过大的问题，以及增加其对 于环境中的电负性污染物和疏水性污染物的预富集能力，以进行催化降解，最终实现纳米零价铁在环境保护领域的工程化应用。基于纳米零价铁对污染物高效、 快速的催化降解能力，本专利技术提供的载零价铁纳米复合树脂将为环境介质中微量 污染物的深度净化和安全控制提供技术支持。说明书附图图1为本专利技术材料内切面的透射电镜图(TEM) 图2为图1的放大图。具体实施例方式以下通过实施例进一步说明本专利技术实施例1:一种催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂。其制备方法为以NDA-88(含氨基，由江苏南大戈德环保科本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂，其特征在于结构单元包括： （１）纳米复合树脂的载体为具有碱性功能基团的离子交换与吸附树脂； （２）载体的内外表面固载具有纳米尺寸的零价铁系列无机材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜琼，蒋珍茂，吕路，潘丙才，张全兴，张炜铭，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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