[发明专利]纤维素修饰改性纳米铁颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种纤维素修饰改性的纳米铁颗粒的制备方法，及该颗粒应用于水中的有机污染物的去除、染料废水的脱色、废水中抗生素的降解及去除水中重金属。

背景技术

我国污水排放量巨大，根据生产方法的不同，平均生产1t产品需排放40～300m³的废水。据不完全统计，我国仅印染废水排放量约为每天3×10⁶～4×10⁶m³，纺织行业和印染行业每年产生的大量染料废水，由于其高色度以及潜在的毒性。传统废水处理常采用的方法有：物理吸附法(如活性炭吸附)，膜分离法，光催化，臭氧氧化，混凝法和生物氧化法等。用于废水中含有多种难降解污染物，且具有致癌性和致畸性，难以用传统废水处理方法处理。1997年美国Lehigh大学的张伟贤教授领导的研究团队用液相化学还原技术成功合成纳米零价铁并首次用于地下水原位修复之后，纳米零价铁技术开始受到国内外研究人员的广泛关注。纳米零价铁颗粒比表面积大、反应活性强，能够通过还原作用有效降解水中的多种污染物。纳米铁颗粒还能够在地下水流中以悬浮液形式传递，可以将纳米铁颗粒运用于地下水和土壤污染的原位和异位修复。但纳米零价铁还原活性很强，化学性质不稳定，易被氧化。由于自身的磁性引力导致纳米零价铁颗粒易引起团聚，从而损失大量纳米零价铁颗粒的反应活性点位，颗粒的严重团聚使得其与污染物有效接触面积减小、降解效率下降。并且团聚极大地降低纳米铁在环境水体和土壤中流动性，对环境污染的修复工作不利。因此，应有效开展对纳米零价铁的改性，从而抑制纳米颗粒团聚、提高颗粒在液相中迁移能力，提高纳米铁对环境污染物的降解能力。

现有改性方法包括负载固定和分散。负载固定为将纳米铁颗粒负载于固体载体（如树脂、PVDF膜、膨润土、斜发沸石、活性炭以及多壁碳纳米管等），该方法能提高颗粒的比表面积，抑制团聚的发生。而分散改性是指在纳米铁颗粒表面包裹聚合高分子电解质或表面活性剂，如壳聚糖、CMC等，可达到增大颗粒稳定性和分散性的目的，并且增强纳米零价铁颗粒在水体或土壤中的流动性。

本发明技术提供一种工艺简单，经济高效并易于工程实践推广应用的分散剂改性纳米铁颗粒的制备方法。本发明所述纤维素作为一种价格低廉，绿色环境友好型糖类衍生物，通过静电斥力和空间位阻效应直接对水介质中的纳米零价铁进行表面修饰改性，合成出纤维素修饰改性纳米铁颗粒，改性后纳米颗粒团聚程度明显减小，比表面积增大，对水中污染物的去除率明显提高，改性方法操作简单易行并且易于实现大规模推广应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种纤维素修饰改性纳米铁颗粒的制备方法，以羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素作为分散剂，在纳米铁颗粒制备过程中对颗粒进行表面修饰改性，从而减少其在水性介质中的团聚，增加其分散度，制得纤维素修饰改性纳米铁颗粒。

本发明方法按如下具体步骤完成：

（1）将分散剂羟乙基纤维素溶液或羟丙基甲基纤维素溶液与浓度为0.5～1.5 mol/L的含Fe²⁺或Fe³⁺溶液混合并搅拌均匀制得混合液，其中分散剂溶液与含Fe²⁺或Fe³⁺溶液的体积比为1:33～1:330；

（2）按含Fe²⁺或Fe³⁺溶液与还原剂的体积比为1:1～1:2的比例向混合液中滴入浓度为0.7～5.0 mol/L的还原剂硼氢化钾、硼氢化钠、茶多酚中的一种溶液，边滴边搅拌，至溶液滴加完毕后继续搅拌5～40min，将反应完全的溶液过滤，滤饼用去离子水冲洗1～5遍后滤干，得到充分分散的纳米零价铁颗粒；

（3）将得到的纳米铁颗粒用丙酮与无水乙醇混合液冲洗1～5遍后，经抽滤过后真空干燥，将干燥的颗粒研磨封存，即得到纤维素改性的纳米零价铁颗粒，本发明所有操作步骤无需氮气或惰性气体保护。

本发明所述分散剂羟乙基纤维素溶液或羟丙基甲基纤维素溶液为浓度1～15g/L的水溶液。

本发明所述丙酮与无水乙醇混合液中丙酮与无水乙醇的体积比为1:2～1:9。

所述Fe²⁺或Fe³⁺溶液为常规可溶性制备纳米零价铁颗粒的铁盐。