[发明专利]用于检测纳米零价铁颗粒中零价铁含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于污染场地修复的纳米零价铁颗粒中有效零价铁（Fe⁰ ）的含量的检测方法以及光谱仪检测方法。

背景技术

利用纳米科技解决环境问题已被证明是有效的新途径。当材料被制备成纳米颗粒时，在性质上表现出与常规材料显著的差异：金属铁在纳米尺度时，具有粒径小、比表面积大、表面能高、还原性强等特点，在常温常压下即可还原降解有机污染物，还原重金属离子至无毒或毒性小的低价态、杀灭细菌等，而自身转化为对环境无害的二价或三价铁离子。纳米零价铁（nanoscale zero valent iron, NZVI）的这些特性使得其在地下水和土壤修复以及工业水治理等领域具有极为广阔的应用潜力。但因NZVI具有极强的还原性，在合成以及存储过程中，表面易被氧化形成一层氧化物，其厚度和质量比重会因合成方法、合成条件、存储时间以及存储条件发生变化。在存储一段时间后，纳米零价铁会被严重氧化而失去反应活性，或者，在污染场地修复过程中，纳米零价铁的活性状态也会随时变化，因此，需要检测纳米零价铁材料中有效Fe⁰的含量才可真实反映出纳米零价铁材料的活性。

通常用的化学检测方法如原子吸收光谱、离子色谱等（分析Fe²⁺或Fe³⁺的量，由纳米零价铁表面氧化层中氧化态Fe和核心部分的Fe⁰共同贡献）都难以分析出纳米零价铁在一定老化时间或反应时间后有效Fe⁰的含量。文献（Effect of particle age (Fe⁰ content) and solution pH on NZVI reactivity: H₂ evolution and TCE dechlorination, <Environmental Science & Technology>, 2006年，第40 期，P6085-6090）报道了通过向纳米零价铁溶液中滴加酸液充分反应并收集生成的H₂，最后测量其体积的方法来检测有效Fe⁰的含量，但此方法存在很多操作性难题并易产生很大的检测误差 。

发明内容

鉴于上述技术存在的问题，本发明设计一种能准确检测纳米零价铁颗粒中有效Fe⁰的方法，便于在使用纳米零价铁颗粒材料对污染场地修复的同时，达到对纳米零价铁的反应活性进行监控的目的。

本发明利用偶氮染料中的N=N双键易于被纳米零价铁颗粒中的Fe⁰还原并导致偶氮染料溶液颜色变淡的原理，通过光谱仪分析反应前后，染料溶液光强度的变化来测定纳米零价铁颗粒中Fe⁰的含量。

本发明的方案时：用于检测纳米零价铁颗粒中Fe⁰含量的方法，选取偶氮染料溶液并采用光谱分析仪指示染料溶液的光谱特性，其特征是：通过分析偶氮染料溶液与纳米零价铁颗粒反应前、后的光谱特性变化以确定纳米零价铁颗粒中Fe⁰的含量，步骤包括：

a) 配置多个浓度梯度的某一种偶氮染料溶液，并采用光谱仪测量各浓度下偶氮染料溶液的光强度，并绘制浓度与光强度之间的关系曲线；

b) 在上述关系曲线涵盖的浓度范围内配置一定浓度的偶氮染料溶液，采用光学测定仪测定此浓度的偶氮染料溶液在指定波长范围内的光强度；

c) 取待测纳米零价铁颗粒样品，置于固定浓度和体积的偶氮染料溶液中充分反应；

d) 测定反应后偶氮染料溶液的光强度；

e) 依据d)测得的偶氮染料溶液的光强度与a)中的光强度与浓度间的关系曲线进行对比以确定剩余的偶氮染料的量，根据纳米零价铁反应前后偶氮染料溶液的浓度变化即可确定纳米零价铁反应消耗掉的偶氮染料的量；

f) 根据偶氮染料与Fe⁰的反应关系式，确定Fe⁰的量；

g) 用f)中确定的Fe⁰的量除以c)中加入的纳米零价铁颗粒样品中总铁量即可获得纳米零价铁颗粒中Fe⁰的含量，如下面公式（1）所示。

                                      (1)