专利名称：一种聚丙烯酰胺纳米铁pam/ir的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种聚丙烯酰胺纳米铁ΡΑΜ/IR的制备方法。
背景技术：
Pb是一种分布非常广泛的重金属污染物，由于它非常容易在生态系统或生物体内积累，所以对人类健康危害非常大。而在土壤中的Pb具有的很大毒性和难降解性，在某些地区Pb的含量已经远远大于土壤背景值，因此怎样处理土壤中的Pb来修复污染的土壤是人们一直密切关注的问题。在重金属污染土壤修复技术中，使用化学淋洗剂修复土壤污染问题是目前研究的热点之一，常用的淋洗剂包括无机试剂以及螯合剂。螯合剂因为具有成本较低、效果好、作用快等优点被广泛应用于污染土壤治理上。螯合剂可以通过与土壤溶液中的重金属离子结合，改变重金属在土壤中的存在形态，使重金属从土壤颗粒表面解吸，由不溶态转化为可溶态，从而大大活化土壤中的重金属。虽然重金属污染土壤经过淋洗后得到了净化修复，但是溶出的重金属转移到淋洗液中，这类淋洗液化学成分复杂而且重金属浓度非常高，而且这部分 重金属由于被淋洗试剂活化而增强了生物有效性，土壤淋洗后会有极大的风险出现二次污染。因此，对这部分淋洗出来的重金属需要及时的处理，但是此类处理难度较高，在国内外鲜有报道。目前，环境矿物材料应用于重金属污染大多是针对水体重金属污染，而由于土壤淋洗液包含复杂的土壤有机质及大量淋洗剂，且重金属浓度要比水体中高得多，所以应用于处理水体重金属的材料将很难适用于处理土壤淋洗液中的重金属。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚丙烯酰胺纳米铁ΡΑΜ/IR的制备方法，该方法简便，而且成本低廉。本发明是这样实现的，一种聚丙烯酰胺纳米铁ΡΑΜ/IR的制备方法，包括A、纳米铁IR制备通入氮气条件下将硼氢化钾溶液滴入六水合三氯化铁与水制成的氯化铁溶液中搅拌生成纳米铁IR ;在氮气环境下用清水冲洗所得纳米铁IR后真空干燥得到所述的纳米铁IR;B、聚丙烯酰胺纳米铁ΡΑΜ/IR制备将硅烷偶联剂与乙醇水溶液按质量比1: 6 1: 10混合均匀，常温下静置l_3h ;在氮气保护下将步骤A制备的纳米铁IR与所得混合溶液按质量比1: 12 1: 25混合搅拌均匀，静置离心后用水和乙醇冲洗，真空干燥得到所述聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR。步骤A中所述硼氢化钾溶液中硼氢化钾与水的质量比为1: 12 1: 30，所述氯化铁溶液中六水合三氯化铁与水的质量比为1: 40 3 : 40。步骤B中所述乙醇水溶液中水与乙醇的质量比为5 I 10 :1。
步骤B中所述硅烷偶联剂为KH-570。步骤A、B中的干燥条件是加热温度为60_80°C、干燥时间为4_10h。聚丙烯酰胺作为一种线状水溶性高分子絮凝剂，由于其分子链上具有与丙烯酰胺单元数相同的侧基-酰胺基，而酰胺基团具有高极性，易形成氢键和高反应活性，是良好的絮凝剂，因此被广泛用于污水处理。纳米铁IR作为新兴纳米材料，由于其比表面大、活性强，能产生的良好的吸附和还原作用，在去除水中重金属离子的过程中显示出了优越的修复性能。将聚丙烯酰胺接枝到纳米铁上，从而合成聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR，该材料结合了两者的特性，可以有效去除重金属土壤淋洗液中的铅。本发明制备的聚丙烯酰胺纳米铁ΡΑΜ/IR针对重金属土壤淋洗液中的铅有良好的去除效果，而且其制备方法简便、成本低廉。
图1是透射电子显微镜镜下的ΡΑΜ/IR图；图2是ΡΑΜ/IR的傅里叶红外光谱分析图；图3是不同质量的ΡΑΜ/IR加入土壤淋洗液后对Pb的去除率的比较4为ΡΑΜ/IR对淋洗液中Pb的去除效率随去除时间变化的比较图。
具体实施方式
实施例1称取10. Og六水合三氯化铁溶于200mL水中，称取10. Og硼氢化钾溶于150mL水中，在通入氮气条件下，将硼氢化钾溶液缓缓滴入氯化铁溶液中，并剧烈搅拌，生成纳米铁IR ;在氮气环境下用清水反复冲洗，放入真空干燥箱中60°C干燥4h，即得到所需纳米铁IR；将8mL硅烷偶联剂KH-570加入到90mL的乙醇水溶液(水乙醇=10 I)中混合均匀，将所得溶液在常温下静置Ih ;氮气保护下，将4. Og纳米铁粉加入至所述溶液中，均匀搅拌IOmin后静置Ih ;离心后用水和乙醇反复冲洗，60°C真空干燥4h得到PAM/IR。实施例2称取15. Og六水合三氯化铁溶于400mL水中，称取11. 5g硼氢化钾溶于200mL水中，在通入氮气条件下，将硼氢化钾溶液缓缓滴入氯化铁溶液中，并剧烈搅拌，生成纳米铁IR。在氮气环境下用清水反复冲洗，放入真空干燥箱中70°C干燥6h，即得到所需纳米铁IR ；将12mL硅烷偶联剂KH-570加入到IOOmL的乙醇水溶液(水乙醇=5 :1)中混合均匀，将此溶液在常温下静置3h ;氮气保护下，将8. Og纳米铁粉加入至该溶液中，均匀搅拌30min后静置2h ;离心后用水和乙醇反复冲洗，80°C真空干燥IOh得到PAM/IR。实施例3称取12. Og六水合三氯化铁溶于300mL水中，称取12. 5g硼氢化钾溶于300mL水中，在通入氮气条件下，将硼氢化钾溶液缓缓滴入氯化铁溶液中，并剧烈搅拌，生成纳米铁IR ;在氮气环境下用清水反复冲洗，放入真空干燥箱中80°C干燥10h，即得到所需纳米铁IR;
将IOmL硅烷偶联剂KH-570加入到95mL的乙醇水溶液(水乙醇=8 I)中混合均匀，将所得溶液在常温下静置2h ;氮气保护下，将6. Og纳米铁粉加入至溶液中，均匀搅拌20min后静置1. 5h ;离心后用水和乙醇反复冲洗，70°C真空干燥7h，得到PAM/IR。图1显示了透射电子显微镜镜下的ΡΑΜ/IR。该ΡΑΜ/IR的粒径为20 80nm，平均粒径50nm，而且在材料表面存在一些薄膜，此薄膜为KH-570本身脱水缩合作用产生的分子膜，膜的含量及厚度由合成工艺中的KH-570、乙醇和水的含量比所决定。从图2可以看出，通过分析ΡΑΜ/IR的傅里叶红外光谱，可以发现在1090cm_l处产生了较强的吸收峰，这为KH-570中的S1-O键的吸收峰；1049cm-l处的吸收峰为KH-570与纳米铁表面形成新键产生的吸收峰；在1646cm-l左侧峰为N-H的弯曲振动，在1455cm-l处的峰为C-N的伸缩振动。以上分析可以证明KH-570成功的接枝到纳米铁的表面，聚丙烯酰胺也已经负载到纳米铁表面。同时，由指纹区可以分析出ΡΑΜ/IR中并没有氧化铁或氧化亚铁的存在，这是由于IR被外层的PAM和KH-570形成的薄膜包裹住，阻止了 IR与氧气的作用。因此，这种改性可以有效的阻止IR被氧化。下面以河南某地区污染土样来进一步说明本发明制备的ΡΑΜ/IR对土壤淋洗液中Pb的去除效果以及去除效果随时间的变化情况。首先称取河南某地区污染土样1. 50g置于一系列50ml塑料离心管中，分别加入25mL (土 液=3 50)浓度为 5. OmmoI/L 的 EDTA。以 200r/min 振荡 24h 后，以 5000r/min离心IOmin,将所收集到的上清液全部过O. 45 μ m滤膜并稀释25倍。图3示出了不同质量的ΡΑΜ/IR加入土壤淋洗液后对Pb的去除率的比较。从图3中可以看出，随着ΡΑΜ/IR加入量的增大，Pb的去除效率也随之增大，投入量为O. 5g时，Pb的去除率高达94%。可以看出ΡΑΜ/IR的适用范围很广，并不需要对淋洗液进行预处理就能有很大的去除效果。图4显示了 ΡΑΜ/IR对淋洗液中Pb的 去除率随去除时间变化的影响。从图4可以看出，在前3h内，PAM/1R与Pb的反应和吸附进行的非常慢，去除率比较低，但在3h 4h之间发生了迅速的反应和吸附，在4h时达到了 90 %, 4h之后Pb的去除率没有更明显地提闻。
权利要求
1.一种聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR的制备方法，其特征在于，包括 A、纳米铁IR制备 通入氮气条件下将硼氢化钾溶液滴入六水合三氯化铁与水制成的氯化铁溶液中搅拌生成纳米铁IR ;在氮气环境下用清水冲洗所得纳米铁IR后真空干燥得到所述的纳米铁IR； B、聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR制备 将硅烷偶联剂与乙醇水溶液按质量比1: 6 1: 10混合均匀，常温下静置l-3h;在氮气保护下将步骤A制备的纳米铁IR与所得混合溶液按质量比1: 12 1: 25混合搅拌均匀，静置离心后用水和乙醇冲洗，真空干燥得到所述聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR的制备方法，其特征在于，步骤A中所述硼氢化钾溶液中硼氢化钾与水的质量比为1: 12 1: 30，所述氯化铁溶液中六水合三氯化铁与水的质量比为1: 40 3 : 40。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR的制备方法，其特征在于，步骤B中所述乙醇水溶液中水与乙醇的质量比为5 :1 10 :1。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR的制备方法，其特征在于，步骤B中所述硅烷偶联剂为KH-570。
5.根据权利要求1-4任一项所述的聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR的制备方法，其特征在于，步骤A、B中的干燥条件是加热温度为60-80°C、干燥时间为4-10h。
全文摘要
本发明公开了一种聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR的制备方法，包括以下步骤在通入氮气条件下将硼氢化钾溶液滴入氯化铁溶液中搅拌反应生成纳米铁IR；在氮气环境下用清水冲洗所得纳米铁IR后真空干燥得到所需纳米铁IR；将硅烷偶联剂与乙醇水溶液混合均匀后在常温下静置1-3小时；在氮气保护下将所得纳米铁IR与所得混合溶液按一定质量比混合，均匀搅拌并静置离心后用水和乙醇冲洗干净，真空干燥得到所述聚丙烯酰胺纳米铁PAM/IR。本发明制备的PAM/IR对重金属土壤淋洗液中的铅有良好的去除效果，而且制备方法简便、成本低廉。
文档编号C02F1/70GK103044836SQ20111031022
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者崔岩山, 付瑾, 付彧 申请人:中国科学院研究生院