[发明专利]β-环糊精稳定化包埋纳米零价铁的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种纳米零价铁的稳定化包埋方法，属于纳米零价铁改性技术领域

背景技术

纳米零价铁在解决有机物污染、重金属污染和环境污染修复等一系列些环境问题上表现出优越的性能。但由于纳米零价铁颗粒自身的磁性引力，易引起团聚，在环境中易氧化甚至自燃，且减少了纳米零价铁颗粒的吸附点位，与污染物有效接触面积减小，降解效率下降；同时，团聚也不利于纳米零价铁在环境水体和土壤中的流动性，对环境污染的修复工作不利。纳米零价铁还原活性很强，化学性质不稳定，易被氧化。因此，一般纳米零价铁需要经过修改改性之后效果更好。纳米零价铁改性技术有以下几种：

一是形成纳米双金属；纳米双金属是指在纳米零价铁颗粒表面负载上另一种金属后，反应速率明显加快，并且降解程度更加彻底。通过对污染物的降解实验发现，在去除污染物的过程中另一种金属作为催化剂，能够降低反应的活化能以及纳米零价铁颗粒在腐蚀过程中产生氢气的速率，加快反应进行；

二是固体负载，负载技术一般是通过高温煅烧或离子交换，将生成的纳米零价铁颗粒负载到固体载体上，这样就能够减少团聚，。研究较多的固体载体主要有硅、活性炭、树脂等；

三是表面改性，一种方式是加入表面活性剂，另一种方式是加入聚合物高分子电解质。两种方式共同的特点都是通过静电斥力或空间位阻作用减少纳米颗粒团聚，达到增强稳定性的目的；按亲水基生成的粒子类型可将表面活性剂分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四大类，有些高分子化合物在溶液中可以离解成离子，这类物质被称为高分子电解质。其中最重要的是蛋白质。其结构特点是同时具有多个羧基和氨基，能与纳米零价铁颗粒以共价键结合，常见的有淀粉、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠和生物胶等。

尽管已有关于修饰纳米零价铁的报道，然而，随着环保要求的提高，需要寻求一种更为环保和安全的低成本的修饰方法。

环糊精由于外缘亲水而内腔疏水，因而它能够象酶一样提供一个疏水的结合部位，作为 主体包络各种适当的客体。β-环糊精(β-CD)是环糊精家族最常见的一种，其内腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、疏水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系，成为化学和化工研究者感兴趣的研究对象。而环糊精是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖，具有环境友好、安全低毒的特性，因此，本发明首次报道将环糊精用于纳米零价铁的稳定化包埋，采用β-环糊精交联聚合物(β-CDP)对纳米零价铁进行包埋稳定化，并对环糊精包埋纳米Fe⁰去除重金属Cd²⁺的性能进行研究，可以用于重金属污染的有效治理。

发明内容

本发明主要是针对纳米零价铁在空气中不稳定，在处理疏水性有机污染物时，由于极性不同，两者难于接触而降低反应速率的不足，提供一种更加经济、更加环保的纳米零价铁稳定化包埋工艺。

本发明以环氧氯丙烷为交联剂，以β-环糊精为原料对纳米Fe⁰进行包埋，具体方法为：

β-环糊精稳定化包埋纳米零价铁制备方法，其特征是，

1.所述的包埋方法是以β-环糊精为主要原料，以环氧氯丙烷为交联剂，在碱性条件下对纳米零价铁进行交联包埋。各原料用量为：β-环糊精3.0-9.0g，环氧氯丙烷6.0-25.0mL，NaOH溶液浓度为30％-50％体积10.0-30.0mL，纳米零价铁30-300mg。将β-环糊精、新鲜制备的纳米零价铁加入到NaOH溶液中，50-75℃条件下搅拌成糊状，搅拌均匀后，将环氧氯丙烷缓慢滴入混合物中。体系达到一定粘度后，停止搅拌，继续反应至凝胶硬块状物质出现，取出洗涤至中性，过滤烘干后即得黑色颗粒状纳米零价铁包埋材料。制备过程均在氮气保护条件下完成，所用水均为脱氧去离子水。

上述反应中的纳米零价铁应用液相还原法制备，即氮气保护条件下，将Fe(II)盐或Fe(III)盐，溶于醇/水反应体系，以聚乙二醇-4000为分散剂，以2000rpm的速度进行快速搅拌，同时缓慢滴加还原剂KBH₄或NaBH₄溶液，将生成的纳米Fe⁰颗粒分离并用脱氧水和无水乙醇洗涤数次，烘干备用。

上述反应中各原料的用量优选：β-环糊精6.0g，环氧氯丙烷15mL，NaOH15mL溶液浓度为40％；

上述反应中包埋纳米零价铁量优选：50-200mg；

上述反应中温度优选60℃；