[发明专利]亲水材料掺杂共混膜载纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种亲水材料掺杂共混膜载纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用，方法包括：(1)合成亲水材料；(2)在共混膜合成过程中，掺杂亲水材料；(3)将亲水材料掺杂共混膜浸泡到生物激发聚合物溶液中功能化；(4)将功能化后亲水材料掺杂共混膜浸入可溶性铁盐溶液中，使铁离子负载到勃姆石掺杂共混膜上；(5)再将负载铁离子的共混膜浸入到硼氢化盐溶液中，通过强还原作用形成亲水材料掺杂共混膜载纳米零价铁复合材料；本方法成本低、操作过程简便，制得的纳米零价铁粒子分散性能好，反应活性高、易回收，对重金属、有机染料和抗生素废水的去除能力好，不会产生二次污染，在环境污染修复领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备及改性技术，涉及一种亲水材料掺杂共混膜载纳米零价铁复合材料及其制备方法，并将该复合材料应用于对含重金属、染料、抗生素等污染物废水的处理中。

背景技术

自20世纪80年代末以来，纳米零价铁作为一种新型的纳米材料，对受污染土壤和水体修复方面都表现出优越的去除和降解性能，并在环境科学与工程领域受到广泛关注。纳米零价铁颗粒的粒径在1~100nm之间，由于其粒径小，相对于一般的纳米铁颗粒，独特的小尺寸效应使其具有比表面积大、反应活性高的特点，进而拥有优越的吸附性能和还原性能。纳米零价铁技术作为目前最具潜力的环境污染修复技术之一，为进一步的环境污染修复和环境污染机理研究提供了新思路和新方法，同时纳米铁本身具有的价格低和环境友好的特点，被广泛应用于去除重金属离子、染料、抗生素、卤代有机物等各类环境污染物。

目前，国内外纳米零价铁的制备方法一般选用液相还原法，该方法因设备简单、易操作，生产成本低而被广泛使用。但液相还原法制备的纳米零价铁还存在粒径分布不均，容易发生团聚从而降低活性等问题，因此纳米零价铁技术在环境污染修复领域的工程化应用还具有一些技术壁垒。为应对这些问题，相关领域的许多研究人员提出了各种方法对纳米零价铁进行处理、改性，具体包括：(1)物理方法，如超声、微波等；(2)利用分散剂改性，常用的分散剂有聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯等；(3)对纳米铁进行负载固定、分散以阻止其团聚，常用的载体包括膨润土、浮石、活性炭和有机高分子载体等。与无机载体相比，有机高分子载体因其可控的多孔结构和优越的表面化学性能常被用来负载纳米材料以合成复合材料，而新制得的复合材料将纳米铁粒子和有机高分子载体材料各自的优越性能耦合为一体，这同时也使得纳米零价铁的重复使用得以实现。已有文献报道了将纳米零价铁颗粒成功负载到聚醚砜、聚偏氟乙烯等聚合物膜上，并且实验结果表明被负载在膜上的纳米零价铁粒子团聚被大大减弱、分散性得到提高，从而其对污染物的反应活性和降解性能也得到很大提升。虽然有部分文献报道利用分散剂对改性纳米零价铁颗粒可以起到一定效果，但是经分散剂改性后的纳米零价铁仍会以颗粒的形式存在于水体中，这些纳米铁颗粒会随着水体流动而迁移，很难进行回收，对生态环境会造成潜在的风险。

因此，这就使得制备一种合成工艺简便、反应活性高同时具有可回收性能的纳米零价铁基复合材料显得及其重要。