[发明专利]一种分散剂和表面活性剂分散的纳米钯/铁的快速制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分散剂和表面活性剂分散的纳米钯/铁的快速制备方法，特别是对土壤中氯代有机物降解的纳米钯/铁的制备方法，属纳米环境功能材料及环境修复技术领域。

背景技术

自上世纪80年代末有人提出金属铁屑可以用以地下水原位修复以来，尤其是可渗透反应墙（PRB）地下水原位修复技术的出现，用零价铁金属还原污染物就成为一个非常活跃的研究领域。零价铁体系具有廉价、高效、简单的特点，可以快速还原降解水体中的多种污染物，甚至可以催化还原降解结构较为复杂的含氯有机污染物，如除草剂、多氯联苯（PCBs）、含氯有机农药等。在零价铁去除污染物的基础上，近年来将纳米零价铁应用于环境污染物的降解的研究已成为一个新的热点，与常规的铁粉相比，纳米零价铁具有颗粒小（1-100nm）、比表面积大和反应活性强等优点。但是也存在着表面容易被氧化形成钝化层以及对某些含氯等难降解有机物反应活性较低，降解不完全等缺点。纳米双金属是在纳米零价铁的表面负载一种微量金属如钯、镍、铜等，形成双金属体系，可增加铁表面的活性吸附位点，催化氢解反应。纳米钯/铁以纳米零价铁作为电子供体，负载的钯作为催化剂，钯催化剂有很强的吸附和储存活性氢的功能，并且能够降低反应的活化能，提高氢气的反应活性，从而提高双金属的脱氯效率。虽然纳米零价铁的活性较普通零价铁高，但是因为纳米零价铁具有巨大的表面积和反应活性，很容易受到磁力、范德华力以及表面张力的作用发生团聚。因此需要通过添加吸附包裹改性剂如高分子分散剂进行表面物理改性。常用的分散剂有聚丙烯酸、瓜尔胶、聚乙烯吡咯烷酮和羧甲基纤维素钠等。但针对一些高疏水性的氯代有机污染物，其在土壤中的高吸附性致使其很难与纳米活性粒子进行接触，进而降低其修复效率。

发明内容

本发明提供一种分散剂和表面活性剂分散的纳米钯/铁的快速制备方法，针对上述难题，特别土壤中的高吸附性氯代有机污染物难以去除的问题，本发明克服了纳米材料对土壤中氯代有机污染物的降解不彻底的问题。

本发明的技术方案是一种分散剂和表面活性剂分散的纳米钯/铁的快速制备方法，步骤如下（1）将超纯水通入氮气除氧15min备用；（2）将CMC溶于去氧水中，制成CMC水溶液（0.8%w/w）。（3）在500mL的三脚烧瓶中，将配置好的CMC水溶液通氮气15min，然后将新制备的FeSO₄·7H₂O（0.42mol/L）水溶液加入到CMC水溶液中，在150r/min的搅拌速度下继续通氮气15min，以确保CMC-Fe²⁺复合物的形成，并赶尽溶液及空气中的氧。（4）将去氧冰水配制成的0.84mol/L的KBH₄水溶液逐滴匀速滴入Fe²⁺-CMC混合溶液中，即可产生大量黑色纳米铁颗粒，并伴随大量氢气产生。（5）待氢气不再逸出（大约15min后），使装置静置10min，然后将2g/L的K₂PdCl₄水溶液逐滴均匀滴入之前制备的纳米零价铁溶液中，在氮气保护并剧烈搅拌下继续反应15min，即可制得CMC稳定的纳米钯/铁。（6）将等体积的Brij35水溶液加入制备好的纳米钯/铁中，继续搅拌5min，即可得到CMC和Brij35分散的纳米钯/铁溶液。制得的纳米钯/铁不经烘干，在氮气保护下低温密闭保存备用。

有益效果

1、本发明在分散剂中加入表面活性剂既可以提高纳米颗粒的稳定性又能对土壤中的疏水性有机污染物起到增溶作用，而采用分散剂和表面活性剂复合制备纳米钯/铁进行有机污染物降解的方法在国内外还未见相关报道。本发明以此为出发点，提出了一种分散剂（羧甲基纤维素钠-CMC）和表面活性剂（聚氧乙烯月桂醚-Brij35）分散的纳米钯/铁的制备方法。该方法通过液相还原法制备纳米钯/铁催化还原剂，且在制备过程中添加适量的表面活性剂，以解决纳米材料对土壤中氯代有机污染物的降解不彻底的问题。

2、另外该方法所需的设备简单、工艺简便、反应时间短，且所制得纳米钯/铁具有较好的稳定性、分散性和反应活性。

附图说明

图1为制备的纳米钯化铁的透射电镜（TEM）照片。CMC浓度：0.4%w/w，纳米钯/铁浓度为1g/L，钯负载量为0.5%w/wFe，Brij35浓度为10倍的临界胶束浓度（cmc），Brij35的cmc值为51.5mg/L。