[发明专利]一种大规模连续化制备纳米零价金属材料的方法

说明书

本发明涉及纳米材料的制备，具体公开了一种大规模连续化制备纳米零价金属材料的方法，包括如下步骤：(1)将生物质吸附颗粒，按固液比1:1‑50g/ml与金属盐离子溶液浸泡接触，过滤分离洗涤后，按固液比1:1‑50g/ml加水调浆成悬浮状，作为A物料；(2)配制0.1‑1mol/L浓度的硼氢化钠水溶液，作为B物料；(3)在绞龙式螺旋混合器中，将A、B物料按照体积流速比例为1：1～5混合加入，在绞龙式螺旋混合器内进行混合与强化接触，完成还原反应，将输出的物料迅速洗涤脱去残留的试剂，得到纳米零价金属负载复合材料。本发明所述方法解决了纳米零价金属易被空气氧化及规模化制备中遇到的固液分离难、洗涤难等技术难题，提供了一种更具有工程化大规模制备纳米零价金属材料的技术途径。

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备，具体地说，涉及一种大规模连续化制备纳米零价金属材料的方法。

背景技术

纳米零价铁、纳米零价镍、纳米零价铜、纳米零价银、纳米零价铁镍、纳米零价铁铜、纳米零价铁镍铜、纳米零价铁银、纳米零价铁镍银铜等一元或多元组分的纳米级金属材料在环境净化与修复、杀菌消毒、催化降解、湿法冶金等领域都得到了广泛地关注。以纳米零价铁为例，自其1997年出现以来，一直都受到广泛关注，在重金属废水资源化治理、水体及土壤中残留有机氯农药的降解去毒以及氧化性有毒物质的深度分解等方面，都得到了很多的尝试性应用和探索，并取得了良好的效果和实用化前景。

纳米零价金属以其粒度细、比表面积大，在制备、储存、运输和使用过程中容易发生团聚、氧化现象，以及在制备过程中难以有效地实现固液分离及洗涤，严重影响到其化学活性。为此，为了避免或减小这些问题的发生，常常是在使用现场现制现用，比如刘一源等人采用1升级别反应空间的反应器来制备纳米零价铁材料，采用两个泵将铁盐溶液与硼氢化钠还原剂溶液快速泵入到反应器中，使其发生快速接触还原，并迅速排出而制备纳米零价铁(刘一源，雷轰，王伟，滑熠龙.环境工程学报，2014(8)10：4233-4238.)。该研究为纳米零价铁的规模化制备提供了很好的原型设计，但是也存在着突出的问题，比如其直接采用可溶性铁盐，其水溶液常常因为三价铁的水解而呈强烈的酸性，这为用硼氢化钠这样的强碱性还原剂的有效利用率带来了大麻烦，而如果调高铁离子溶液的pH值，只要到pH大于2以上，三价铁离子就可能立马发生沉淀，这又不利于被快速、均匀、充分地还原成纳米零价铁。这样的还原反应，由于反应试剂间接触反应的时间很短，还原剂的利用效率不高，金属铁成分的含量和纯度不一定高，因此影响到还原铁粉的活性和使用效率。

总而言之，传统的纳米零价铁在制备生产过程中，突出存在的几个问题如：团聚问题、快速均匀混合反应问题、固液分离洗涤难问题、容易被空气氧化问题等，都给纳米零价铁以及其他纳米零价金属粉体的工程化放大制备带来了巨大的挑战和限制性技术瓶颈。虽然可以用普通的雾化铁粉或者羰基铁粉来代替部分纳米零价铁，起到同样的效果，但是由于这些铁粉的粒度多在微米乃至十数微米级别，其反应活性要比纳米零价铁低数倍，则铁粉的使用量会大大增加，造成原料成本攀升，且可能会导致严重的二次铁污染。因此，严格地加以控制合成、储运、施加过程中纳米零价铁的活性安全，对于高效、绿色地施用和发挥纳米零价铁粉的优势作用，是非常重要的。

为了实现纳米零价铁及铁基系列复合多元金属纳米材料的规模化制备，需要开发更加充分接触反应、便捷易行、连续化制备具有优良还原活性的纳米零价金属材料的新方法，为纳米零价金属材料的规模化应用提供充足的、性能优异的新功能材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种可漂浮纳米零价铁材料及其制备方法。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种大规模连续化制备纳米零价金属材料的方法，包括如下步骤：

(1)将生物质吸附颗粒，按固液比1:1-50g/ml与金属盐离子溶液浸泡接触，过滤分离洗涤后，按固液比1:1-50g/ml加水调浆成悬浮状，作为A物料；