[发明专利]可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，尤其是一种可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子及其制备方法。

背景技术

零价铁的电负性较大，具有较强的还原性，采用零价铁还原去除环境污染物是近年来国内外广泛研究应用的技术，尤其是采用纳米零价铁这样一种高新污染控制技术。纳米零价铁与普通铁粉相比，具有粒径小、比表面积大、表面能大的特点，在与其它物质的反应中具有较高的活性，处理效果远远优于普通铁粉，具有很好的应用前景，但是纳米零价铁的特殊活性使得其在制备和使用过程中需要苛刻的操作条件。

目前纳米零价铁粒子的制备方法主要包括气相方法、液相方法和固相方法。

气相方法制备的纳米零价铁粒子，其纯度高、粒径小、分散均匀，但对设备要求较高，设备昂贵，同时要求高温高压，操作不安全；固相制备方法虽然比较简单，可操作性强，但容易发生团聚，以及粒径分布不均匀等。

液相还原法虽然具有原理简单、设备简单、可操作性强、生产成本低等特点，但也存在着粒径分布不均匀、容易发生团聚、反应活性较低等缺陷，因此必须通过添加一定的分散剂来克服这一缺陷；同时，纳米零价铁空气稳定性差，在环境中易氧化甚至自燃，为纳米零价铁的使用和运输带来了诸多不便，这些因素使得纳米零价铁在实际应用中受到了诸多限制。为了解决纳米铁粒子容易氧化的问题，普遍采用采用包覆法对制备的纳米零价铁粒子进行包覆。纳米铁粒子包覆物通常采用无机材料，如碳层、氮化硼、镍层等。然而，这类包覆纳米零价铁粒子的方法并不能完全防止氧化以及在空气中稳定存在，且制备过程较为繁琐、设备要求仍然较高。

壳聚糖是一种天然生物高分子材料，具有无毒性、无刺激性、良好的生物相容性、生物可溶解性，本发明通过壳聚糖进行表面修饰，使纳米零价铁粒子的抗氧化性能得到了较大提高，制备可以在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子，而关于空气中稳定存在纳米零价铁粒子的制备并没有研究报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子及其制备方法，该方法所需设备简单、工艺简便，且所制得纳米零价铁粒子具有较好的空气稳定性和反应活性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子，该可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子是以纳米零价铁粒子为核心，在其表面包覆有纳米壳聚糖粒子。

而且，所述的壳聚糖的分子量为50000-100000。

一种可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1).制备壳聚糖硝酸溶液：

将分子量为50000-100000的壳聚糖溶解于0.05mol/L HNO₃溶液中，得到质量百分含量为0.3-0.8％的壳聚糖硝酸溶液；

(2).除氧：

向3ml上述壳聚糖硝酸溶液中加入含有FeSO₄·7H₂O的水溶液，使铁离子的摩尔浓度为0.01-1.0mol/L，然后通入氮气除氧20-40min，然后机械搅拌9-11min以使混合均匀充分，得到混合溶液；

(3).制备纳米铁溶液：

在机械搅拌下向混合溶液中滴加新制备的KBH₄溶液或NaBH₄溶液，反应80-100min，得到黑色的纳米铁溶液；

(4).制备纳米零价铁粒子：

纳米铁溶液经磁选法分离出纳米零价铁粒子，用蒸馏水充分洗涤三次，真空干燥即得到可在空气中稳定存在的纳米零价铁粒子。

而且，所述的向混合溶液中滴加新制备的KBH₄溶液或NaBH₄溶液的摩尔浓度为铁离子摩尔浓度的5-8倍。

本发明的优点和有益效果是：

1.本发明所需设备简单、工艺简便，反应在常温下完成，产物为固相，反应体系为液相，产物容易分离，适用于大规模工业生产。

2.本发明所制得的纳米零价铁粒子分布均匀，平均粒径小，比表面积大，对污染物的去除能力远高于普通铁粉，可广泛应用于环境污染的处理和环境修复领域。

3.本发明纳米零价铁粒子的粒径分布范围为20-80nm，平均粒径为60-70nm，所采用的稳定材料壳聚糖价廉易得，生物相容性好，低毒且可生物降解，不会产生二次污染；通过壳聚糖进行表面修饰，使得纳米零价铁粒子的抗氧化性能得到了较大提高，从而为材料的存储和运输带来了便利，具有较好的市场前景。