[发明专利]一种纳米零价铁改性复合介孔材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米零价铁改性复合介孔材料及其制备方法和应用。本发明的材料如下制备：(1)通过溶液共混法将稀盐酸处理过的ZSM‑5分子筛和氧化石墨烯溶液相结合并蒸干，多次离心水洗后将烘干完的产物研磨成粉末状待用；(2)将亚铁盐和步骤(1)得到的粉末状产物分散在溶剂中，加入还原剂、九水合硫化钠的混合溶液反应后得到纳米零价铁改性复合介孔材料。本发明制备过程简单、制备成本低、制备原材料环境友好，制备得到的纳米零价铁改性复合介孔材料在水溶液中具有良好的分散性且材料保留有大量的含氧官能团，克服了纳米零价铁易团聚、易钝化的局限性，该复合介孔材料能有效地去除有机污染物，在水资源处理方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纳米零价铁改性复合介孔材料的制备方法和应用。

背景技术

纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron，nZVI)是指粒径在1～100nm内的零价铁颗粒，具有来源广、含量丰富、价格低廉、还原性强、环境友好等优点，常被用在废水处理和环境修复中。但同时nZVI在实际应用中仍存在许多问题：①易团聚，nZVI本身粒径小、磁性强的特点，常由于表面效应团聚在一起，不仅减少了与污染物接触的反应位点，而且进入环境后很难回收再用；②易钝化，暴露在水和空气中的nZVI容易在表面形成铁氧化物而失去对污染物的反应活性，降低了反应效率。针对nZVI的局限性，可通过固相载体的方式进行改性，负载型纳米零价铁材料能为污染物提供更多的吸附位点且易于从水中分离，常用的载体包括石墨烯、分子筛、活性炭、高岭石等多孔材料。

针对上述问题，申请号为CN110451597A的中国发明专利公布了一种制备纳米零价铁@分子筛复合材料的制备方法，将铁盐溶液和分子筛混合后加入还原剂制备得到纳米零价铁@分子筛复合材料。该方法虽然在一定程度上缓解了nZVI易团聚的问题，但是分子筛的吸附能力和载体作用有限且nZVI的易钝化问题并没有得到有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米零价铁改性复合介孔材料及其制备方法和应用。本发明以ZSM-5分子筛为基体，通过溶液共混法将氧化石墨烯结合到分子筛的表面，采用液相还原法在结合物表面负载硫化纳米零价铁形成三元复合材料，该制备方法具有制备成本低、操作简单、绿色环保等优点。申请人意外发现，采用这种方式制备的复合介孔材料可以解决纳米零价铁易团聚、易钝化的问题且材料保留有氧化石墨烯的亲水性含氧官能团，其与纳米零价铁发生了协同作用，强化了纳米零价铁在实际应用中的分散性和反应活性，为解决环境污染提供了新思路。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种纳米零价铁改性复合介孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将ZSM-5分子筛与稀盐酸溶液相混合，搅拌预定时间进行酸活化，然后离心分离；

(2)将步骤(1)中酸活化的ZSM-5分子筛和氧化石墨烯溶液混合均匀后蒸干，再进一步烘干，产物经离心水洗、干燥后研磨成粉末状待用；

(3)将亚铁盐和步骤(2)所得粉末状产物分散在溶剂中，超声分散15～20min后在N₂保护下持续机械搅拌获得亚铁盐分散液；

(4)在N₂保护和机械搅拌的条件下，将还原剂与九水合硫化钠的混合溶液滴加入所述亚铁盐分散液中，滴加完毕后继续反应；

(5)利用磁铁分离出步骤(4)所获得的反应产物，经离心洗涤后真空干燥得到最终产物纳米零价铁改性复合介孔材料。

优选地，在所述步骤(1)和步骤(2)和步骤(5)中，所述离心转速为3000～4500rpm。

优选地，在所述步骤(2)中所述氧化石墨烯的含量占总重量6wt％。