[发明专利]一种吸附还原材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境污染控制与修复，尤其涉及一种可用于污染物吸附并还原的材料的制备方法。

背景技术

纳米金属粒子具有尺寸小、比表面积大等特点，在催化、光学和电磁学等方面都表现出许多特性，因此，其制备和应用研究成为世界各国所关注的热点。由于纳米粒子的比表面能非常高，在制备过程中极易团聚成大颗粒，从而丧失纳米粒子的纵多优异特性。利用纳米反应器的限域效应来制备高分散性的金属纳米粒子复合催化材料，可以克服纳米粒子的团聚，并促成粒子的分散。而层状结构的硅酸盐矿物如膨润土，具有大的内表面和纳米片层空间，将其作为纳米反应器，可以有效避免团聚的发生，特别适用于制备具有窄粒径和高分散性的纳米粒子。

零价铁可以应用于多种污染水的治理和修复，具有较好的处理效果，并具有使用方便、能耗低、能提高废水可生化性等优点，已被用来处理卤代有机废水、农药废水、染料废水等。纳米铁颗粒因粒径小，颗粒的比表面积和表面能大，从而具有优越的吸附性能和还原活性。利用纳米铁处理各类可还原性废水具有更大的潜力。但是，纳米铁在实际应用中还存在易氧化和颗粒团聚等问题。文献(石油化工2004年33卷增刊123页)介绍了一种以蒙脱土层间为纳米反应器，KBH₄为还原剂，在常温下制备纳米铁/蒙脱土复合催化材料，制得的铁粒子高度分散且粒径分别窄；该材料在实际应用过程中：由于铁粒子颗粒半径小，所撑开的膨润土片层间距只有1.29nm，且片层由于铁粒子的固定作用失去膨胀性，因此，当应用于废水中有机污染物处理时，由于片层间距太小而使污染物无法被吸附并和纳米零价铁接触，失去其应发挥的作用。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种可用于污染物吸附并还原的材料的制备方法，该方法中应用硅氧结构支撑，使膨润土层间距增大，使所制备的材料可有效用于还原难以生物降解的有机物质，提高废水的可生化性。

本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：

1)室温下，向体积为1L、浓度为0.6～0.8mol/L的FeCl₃溶液中滴加总量为0.3～0.4mol的Na₂CO₃溶液，滴加过程中持续搅拌，滴加完成后继续搅拌2～2.5h，然后老化24h，得到羟基铁柱撑液；

2)在60～65℃水浴中，向含有10g膨润土的悬浊液中滴加50～100mL羟基铁柱撑液，滴加过程中连续搅拌，滴加完毕后于60～65℃相同条件下搅拌2.0～3.0h，在60℃恒温下老化24h，离心分离，将所得到的固体物先用去离子水洗涤4-5次，然后在95℃～125℃下烘干12～36h，得到无机柱撑膨润土；

3)将所得无机柱撑膨润土与60mL～100mL有机溶剂和5mmol～20mmol硅烷化试剂混合，反应12～36小时，过滤，将所得固体产物先用丙酮冲洗3～5次，再在90℃～120℃下真空干燥12～36小时；

4)对真空干燥后产物加入50～60ml去离子水，通入N₂保护后搅拌成溶液，将50～80ml浓度为1mol/L的KBH₄溶液加入上述搅拌成的溶液中，再持续搅拌120～240min；

5)对步骤4)产物进行离心分离，用去离子水清洗，在真空干燥箱中60～70℃恒温干燥5～6h，即得吸附还原材料。

所述的膨润土是钠基膨润土或钙基膨润土，有机溶剂为甲苯、苯、丙酮或吡啶。硅烷化试剂是化学结构通式为R_N-Si-X_4-N的有机硅烷，其中，N＝1～3，R为包括碳原子数为1～18的烷基、苯基以及碳原子数为1～18的氨基、氰基、巯基、氯取代烷基在内的有机基团，X为包括卤素、氨基、甲氧基、乙氧基在内的可水解配体。

本发明的有益效果是：

1、本发明以膨润土作为基体，充分发挥膨润土的限域效应，在膨润土纳米层间制得纳米零价铁，可以用于水污染等的修复。

2、在膨润土层间引入硅烷化试剂，一方面提高了膨润土的疏水性能，提高有机物的吸附能力，另一方面可以撑开膨润土层间距，使纳米零价铁充分发挥作用，将吸附后的污染物充分接触，再发挥其纳米效应，迅速将污染物转化，转化后有机产物有利于微生物降解。

实施例1