[发明专利]一种核壳结构的改性纳米零价铁及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种核壳结构的改性纳米零价铁及其制备方法和应用，属于重金属污染修复技术领域，解决了现有纳米零价铁不能完全克服自身缺陷而显著提升重金属离子的还原去除效率的技术问题。本发明公开的一种核壳结构的改性纳米零价铁的制备方法，采用氨基羧酸类化合物螯合二价铁离子，并将KBHsubgt;4/subgt;溶液加入混合溶液形成非晶态纳米零价铁，反应一定时间后，最终获得具有核壳结构的改性纳米零价铁；该方法采用一个步骤、一种改性材料就可以制备得到具有核壳结构的改性纳米零价铁材料，制备过程简单。采用此方法得到的核壳结构的改性纳米零价铁不易被氧化，团聚效应弱，储存时间长，而且具有更快的电子传递速率，对重金属离子去除效率更高。

技术领域

本发明属于重金属污染修复技术领域，具体涉及一种核壳结构的改性纳米 零价铁及其制备方法和应用。

背景技术

纳米零价铁(nZVI)作为活泼金属其标准电极电位为E⁰(Fe²⁺/Fe)＝-0.44V， 具有较强还原能力，可把在金属活动顺序表中排于其后的重金属离子还原为单 质沉积在铁的表面从而达到去除污染的目的。

传统的纳米零价铁存在三个缺陷：(1)易被空气氧化发生失活，难以长期 储存；(2)由于高的比表面吉布斯自由能易于聚集成团；(3)纳米铁为晶体状态，给出电子的能力不高。上述三个缺陷使得重金属离子的还原去除效率降低， 限制了纳米零价铁的实际应用。为了解决上述三个科学问题，需要对零价铁进 行改性，常见的方法分为表面改性法和载体固定法。表面改性主要是对纳米零 价铁进行包裹，一方面提高了零价铁的分散性，另一方面防止其被空气氧化， 现有文献报道显示常用的表面改性剂包括海藻酸钠、淀粉、羧甲基纤维素钠、 聚丙稀酸纳和生物胶等。载体固定法是将纳米零价铁负载在比面积较高的多孔材料表面，可显著降低纳米铁的团聚，增加了纳米零价铁与污染物质的作用面 积，从而提高其去除能力。

这些改性方法虽然取得了一定效果，然而通常仅是解决了上述三个科学问 题中的一个或者两个，鲜有三个科学问题同时被解决的，这使得显著提升纳米 零价铁的重金属离子的还原去除效率成为困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种核壳结构的改 性纳米零价铁及其制备方法和应用，用以解决现有纳米零价铁不能完全克服自 身缺陷而显著提升重金属离子的还原去除效率的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种核壳结构的改性纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：

将硫酸亚铁、氨基羧酸类化合物和水混合，搅拌后得到混合溶液；将KBH₄溶液滴入混合溶液中进行反应，随后固液分离、清洗、干燥后得到核壳结构的 改性纳米零价铁。

进一步地，所述硫酸亚铁、氨基羧酸类化合物和水的用量比为(2.27～4.54) g：(1.2～2.4)g：(200～300)mL。

进一步地，所述氨基羧酸类化合物包括2-氨基环己羧酸或1-氨基环己甲酸。

进一步地，所述搅拌的时间为5min～15min；所述反应的时间为 10min～15min。

进一步地，所述干燥的方式为真空冷冻干燥，真空冷冻干燥在-60℃～-50 ℃下进行。

进一步地，所述KBH₄溶液的制备方法为：将KBH₄和水混合，搅拌均匀后 得到KBH₄溶液；所述KBH₄和水的用量比为(4～5)g:(75～100)mL。

本发明还公开了上述制备方法制备得到的核壳结构的改性纳米零价。