[发明专利]一种介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末及其制备方法和应用。采用酚醛树脂预聚体作为碳源，两亲性嵌段表面活性剂F127作为软模板，加入可溶性铁源和钯源，通过使用乙酰丙酮或柠檬酸与金属前驱体螯合配位，并增强与酚醛树脂预聚体和软模版的共组装，在还原气氛下焙烧后，合成得到介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末材料。本发明由于使用金属前驱体螯合配位的方法，防止了金属晶化过程中的严重团聚，合成得到的铁钯双金属纳米颗粒均匀分散，且单个颗粒一半镶嵌在介孔骨架中，一半暴露于介孔孔道，具有极高的稳定性。该材料对于废水中三氯乙烯的脱氯表现出很高的活性和长使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种具有高效氯代有机物脱氯的介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末及其制备方法和应用。

背景技术

氯代有机物是一个或多个氢被氯取代的一类有机化合物，包括常见的三氯乙烯(TCE)、多氯联苯(PCBs)等脂肪烃、芳香烃及其衍生物。由于其具有毒性大、难降解、生物累积性和疏水性等特点，对地下水造成了严重污染。氯代有机物在有氧环境中极为稳定，使用传统处理技术存在着降解不完全、效率低等缺点。

纳米零价铁(nZVI)是强还原剂和电子给体，且表面能高。第二金属(如钯、镍、钌等)作为催化剂加入，可降低脱氯反应的活化能，并加快电子传递。但是由于粒径小且有磁性，双金属颗粒存在着易团聚沉淀、稳定性差、易被氧化和表面不疏水等缺点。为克服以上问题，常用膨润土、活性炭、沸石、石墨烯等对纳米铁双金属进行负载。其中，介孔碳是一类孔径为2nm～50nm、孔道有序排列的新型纳米材料，将其作为载体有着独特的优势：(1)有均一且规则的孔道容纳金属颗粒，可控制得到性质均一的材料；(2)其本身具有巨大的比表面和疏水碳表面，可起到吸附去除污染物的作用。使用介孔碳载体分散nZVI的制备方法通常有液相还原、碳热还原和气相还原等。在液相或者高温气体还原过程中，极易存在铁物种迁移和团聚现象，使得纳米颗粒大小和分布不均一，导致没有利用到载体内部巨大的比表面，使得脱氯效率不能达到最优。因此通过调控得到高分散且稳定的双金属颗粒是提高脱氯活性和持久性亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末及其制备方法和其在水体中氯代有机物脱氯应用，解决现有技术中双金属颗粒容易团聚而导致脱氯效果下降的问题。通过多组分组装和配位稳定，一步合成颗粒小且稳定性好的介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末，对于氯代有机物脱氯有很高的活性和持久脱氯的可控性。

本发明提供以下技术方案：一种介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末的制备方法，具体步骤如下：

(1)将表面活性剂F127溶解到乙醇中至澄清，形成F127乙醇溶液，使F127乙醇溶液中所述F127的浓度为5％～8％，接着加入3g～6g酚醛树脂预聚体搅拌得到A溶液，再将铁盐和钯盐分别溶解于乙醇溶液后，形成铁盐乙醇溶液和钯盐乙醇溶液；将所述铁盐乙醇溶液和所述钯盐乙醇溶液同时加入到上述A溶液中；

(2)随后加入作为稳定剂的乙酰丙酮或者柠檬酸中的一种，与所述步骤(1)得到的混合溶液中的铁盐和钯盐进行螯合，同时增强铁和钯与酚醛树脂预聚体及表面活性剂F127的作用，搅拌30min后转移至培养皿中室温挥发，得到粘性薄膜并在100℃～120℃中干燥；

(3)将步骤(2)中所得的薄膜从培养皿中刮下，分别在氮气和氢气气氛中进行热处理，得到介孔碳限域纳米零价铁钯双金属粉末。

进一步地，所述步骤(1)中所述铁盐和所述钯盐的乙醇溶液加入到所述A溶液后的形成的混合溶液中的摩尔质量比为2:1～30:1。

进一步地，在所述铁盐和所述钯盐的乙醇溶液加入到所述A溶液后的形成的混合溶液中，所述酚醛树脂与所述铁盐的摩尔质量比为2:1～20:1。

进一步地，所述铁盐为硝酸铁或者氯化铁，所述钯盐为硝酸钯或者氯化钯。