专利名称：一种高效定量负载纳米铁的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米功能材料负载在大颗粒载体的制备方法，可以应用到环境，化工等领域，尤其涉及一种高效定量负载纳米铁的制备方法。
背景技术：
纳米铁是近些年来在环境领域应用非常广泛，它以其较高的比表面积，较多的活性位点，较强的还原性，逐渐成为去除环境领域污染物关注的焦点。近些年来，人们对纳米铁去除环境领域污染物进行了大量的研究。经过研究表明，纳米铁对于重金属污染物，有机污染物，尤其是难降解有机污染物有着较强的去除能力。虽然纳米体有着很多优点，但是它也有一些缺点，限制其在现实中的应用，例如纳米铁在储存过程中容易团聚，容易被氧化等缺点。团聚之后的纳米铁形态趋于微米态，逐渐丧失了纳米铁原本的优点，使得团聚之后的纳米铁在实际应用中效果大大降低。为了提闻纳米铁的实际应用效果，需要将纳米铁负载在相关的载体上。有研究表明，负载在载体上的纳米铁分散程度较好，同时在一定程度上提高了纳米铁的使用寿命及效率。传统负载纳米铁的方法仅仅简单的将载体放置在三价铁溶液中搅拌混合，待混合均匀后，缓慢滴入硼氢化钠溶液，逐渐反应生成纳米铁，同时生成的纳米铁会自动负载到载体上。但是这种制备方法缺点很多，例如不能够控制负载纳米铁的含量，同时之前载体与三价铁溶液混合时间较长，反应过程中大量生成的纳米铁浪费，不能够负载在载体上。这种种的缺点限制该方法在实际中的应用。如何能够定量负载纳米铁，同时缩短制备时间，提高纳米铁利用效率，是制备负载纳米铁的亟待解决的难题。如果能够高效，并且能够定量制备负载纳米铁的吸附材料，对于纳米铁在环境领域的实际应用，甚至工程化应用有着举足轻重的作用。
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高效定量负载纳米铁的制备方法，能够控制最终固体中纳米铁的质量分数，制备工艺简单，速率快。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为—种高效定量负载纳米铁的制备方法，包括如下步骤步骤一，配制浓度为O. 5mol/L的三价铁溶液，在坩埚中放置500mg载体，根据需求的纳米铁质量分数，计算一共要滴入三价铁溶液的用量，将三价铁溶液装入滴管中滴至载体表面，滴入过程中不断搅拌，使之均匀；步骤二，待载体与所滴的三价铁溶液混合至胶状后，停止滴入，将胶状物质放入70°C烘箱中，烘烤l(Tl5min ；步骤三，向烘干后的物质中继续滴入三价铁溶液，滴入过程中不断搅拌，使之均匀，待载体与所滴的三价铁溶液混合至胶状后，重复步骤二 ；步骤四，重复步骤三和步骤二，直至计算用量的三价铁溶液全部滴入载体，将最后一步的胶状物质放入烘箱中70°C烘烤2(T25min，使其干燥；步骤五，取出载体，将载体放入200ml三角烧瓶中，滴入浓度为lmol/L的硼氢化钠溶液，滴速为30滴/分钟，整个过程连续向三角烧瓶中通入氮气，并且保持搅拌；步骤六，加入过量硼氢化钠溶液，待反应结束后，静止2小时，静止沉淀之后的固体真空抽滤,抽滤时间为12小时；步骤七，抽滤之后的固体即负载纳米铁，将其转移至酒精溶液或者密闭容器中保存。其中，所述三价铁溶液可以是FeCl3溶液或者Fe2 (SO4) 3溶液，亦可用二价铁溶液制备，例如FeCl2溶液或者FeSO4溶液。所述载体可以是活性炭、活性氧化铝、硅藻土或者分子筛。所述负载纳米铁宏观为粉末状，微观结构为纳米铁呈点状分布在载体表面，颗粒粒径约为20nm,所述纳米铁质量分数为10%,需要滴入三价铁溶液的总量为2ml,分2次滴完。所述负载纳米铁宏观为黑色粉末，微观结构为纳米铁呈点状分布在载体表面，颗粒粒径约为3(T40nm，所述纳米铁质量分数为20%，需要滴入三价铁溶液的总量为4. 5ml，分3 4次滴完。所述负载纳米铁宏观为粉末，微观结构为链状固体负载在载体上，颗粒粒径为8(Tl00nm，所述纳米铁质量分数为40%，需要滴入三价铁溶液的总量为12ml，分10 12次滴完。与现有技术相比，本发明有如下优点I)本发明能够控制最终固体中纳米铁的质量分数，便于后续的应用。2)本发明对于纳米铁的利用率高，极大缓解资源浪费现象。3)本发明制备负载纳米铁的材料周期短，速率快。
图1为活性炭负载20%纳米铁新型材料扫描电镜图。图2为硅藻土负载20%纳米铁新型材料扫描电镜图。图3为活性氧化铝负载20%纳米铁新型材料扫描电镜图。图4为分子筛负载20%纳米铁新型材料扫描电镜图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。实施例1 :活性炭负载20%纳米铁的制备配制O. 5mol/L三价铁溶液，在坩埚中放置500mg活性炭，将三价铁溶液装入滴管中，使用滴管缓慢将溶液滴到载体表面，在滴入过程中，不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，不再滴入溶液，将胶状物质放入70°C烘箱中，烘烤12分钟，将胶状物质基本烘干(不要特别干燥)。继续向烘干后的载体中缓慢滴入三价铁溶液，滴入过程中不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，重复步骤二。
待滴加的三价铁溶液总量到4. 5ml之后，将胶状物质放入烘箱中烘20min，使其干燥。取出载体，将载体放入200ml三角烧瓶中，配制lmol/L硼氢化钠溶液，不断滴入三角烧瓶中，滴速为30滴/分钟，整个过程连续向三角烧瓶中通入氮气，并且保持搅拌。加入过量硼氢化钠溶液，待反应结束后，静止三角烧瓶2小时。静止沉淀之后的固体迅速真空抽滤,抽滤时间为12小时。将抽滤之后的固体转移至酒精溶液中保存。得到的产物为活性炭负载纳米铁吸附材料。实施例2 :硅藻土负载20%纳米铁的制备配制O. 5mol/L三价铁溶液，在坩埚中放置500mg硅藻土，将三价铁溶液装入滴管中，使用滴管缓慢将溶液滴到载体表面，在滴入过程中，不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，不再滴入溶液，将胶状物质放入70°C烘箱中，烘烤15分钟，将胶状物质基本烘干(不要特别干燥)。继续向烘干后的载体中缓慢滴入三价铁溶液，滴入过程中不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，重复步骤二。待滴加的三价铁溶液总量到4. 5ml之后，将胶状物质放入烘箱中烘20min使其干燥。取出载体，将载体放入200ml三角烧瓶中，配制lmol/L硼氢化钠溶液，不断滴入三角烧瓶中，滴速为30滴/分钟，整个过程连续向三角烧瓶中通入氮气，并且保持搅拌。加入过量硼氢化钠溶液，待反应结束后，静止三角烧瓶2小时。静止沉淀之后的固体迅速真空抽滤,抽滤时间为12小时。将抽滤之后的固体转移至酒精溶液中保存。得到的产物为硅藻土负载纳米铁吸附材料。实施例3 :活性氧化铝负载20%纳米铁的制备配制O. 5mol/L三价铁溶液，在坩埚中放置500mg活性氧化铝，将三价铁溶液装入滴管中，使用滴管缓慢将溶液滴到载体表面，在滴入过程中，不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，不再滴入溶液，将胶状物质放入70°C烘箱中，烘烤14分钟，将胶状物质基本烘干(不要特别干燥)。继续向烘干后的载体中缓慢滴入三价铁溶液，滴入过程中不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，重复步骤二。待滴加的三价铁溶液总量到4. 5ml之后，将胶状物质放入烘箱中烘20min使其干燥。取出载体，将载体放入200ml三角烧瓶中，配制lmol/L硼氢化钠溶液，不断滴入三角烧瓶中，滴速为30滴/分钟，整个过程连续向三角烧瓶中通入氮气，并且保持搅拌。加入过量硼氢化钠溶液，待反应结束后，静止三角烧瓶2小时。静止沉淀之后的固体迅速真空抽滤,抽滤时间为12小时。将抽滤之后的固体转移至酒精溶液中保存。得到的产物为活性氧化铝负载纳米铁吸附材料。实施例4 :分子筛负载20%纳米铁的制备
配制O. 5mol/L三价铁溶液,在坩埚中放置500mg分子筛,将三价铁溶液装入滴管中，使用滴管缓慢将溶液滴到载体表面，在滴入过程中，不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，不再滴入溶液，将胶状物质放入70°C烘箱中，烘烤10分钟，将胶状物质基本烘干(不要特别干燥)。继续向烘干后的载体中缓慢滴入三价铁溶液，滴入过程中不断搅拌，使之均匀。待载体与溶液混合至胶状后，重复步骤二 -步骤三3 4次。待滴加的三价铁溶液总量到4. 5ml之后，将胶状物质放入烘箱中烘20min使其干
燥。 取出载体，将载体放入200ml三角烧瓶中，配制lmol/L硼氢化钠溶液，不断滴入三角烧瓶中，滴速为30滴/分钟，整个过程连续向三角烧瓶中通入氮气，并且保持搅拌。加入过量硼氢化钠溶液，待反应结束后，静止三角烧瓶2小时。静止沉淀之后的固体迅速真空抽滤,抽滤时间为12小时。将抽滤之后的固体转移至酒精溶液中保存。得到的产物为分子筛负载纳米铁吸附材料。所得负载纳米铁宏观为黑色粉末，微观结构为纳米铁呈点状分布在载体表面，颗粒粒径约为30 40nm。实施例1 4中，三价铁溶液可以选择FeC13溶液或者Fe2(S04)3溶液。实施例5 与实施例4不同之处在于制备分子筛负载10%纳米铁，需要滴入三价铁溶液的总量为2ml，分2次滴完。制备所得负载纳米铁宏观为粉末状，微观结构为纳米铁呈点状分布在载体表面，颗粒粒径约为 20nm。实施例6 与实施例4不同之处在于制备分子筛负载40%纳米铁，需要滴入三价铁溶液的总量为12ml，分1(Γ 2次滴完。制备所得负载纳米铁宏观为粉末，微观结构为链状固体负载在载体上，颗粒粒径为80 lOOnm。实施例7 与实施例4不同之处在于制备分子筛负载20%纳米铁，需要滴入二价铁溶液的总量为4. 5ml，分:Γ4次滴完。所述负载纳米铁宏观为黑色粉末，微观结构为纳米铁呈点状分布在载体表面，颗粒粒径约为 30 40nm。实施例7中的二价铁溶液可以选择FeCl2溶液或者FeSO4溶液。从图f图4可以看出，不管用将纳米铁负载到哪种载体上，纳米铁颗粒分布都很均匀，同时纳米铁颗粒没有团聚现象，颗粒都很小。
权利要求
1.一种高效定量负载纳米铁的制备方法，包括如下步骤 步骤一，配制浓度为O. 5mol/L的三价铁溶液，在坩埚中放置500mg载体，根据需求的纳米铁质量分数，计算一共要滴入三价铁溶液的用量，将三价铁溶液装入滴管中滴至载体表面，滴入过程中不断搅拌，使之均匀； 步骤二，待载体与所滴的三价铁溶液混合至胶状后，停止滴入，将胶状物质放入70°C烘箱中，烘烤l(Tl5min ； 步骤三，向烘干后的物质中继续滴入三价铁溶液，滴入过程中不断搅拌，使之均匀，待载体与所滴的三价铁溶液混合至胶状后，重复步骤二 ； 步骤四，重复步骤三和步骤二，直至计算用量的三价铁溶液全部滴入载体，将最后一步的胶状物质放入烘箱中70°C烘烤2(T25min，使其干燥； 步骤五，取出载体，将载体放入200ml三角烧瓶中，滴入浓度为lmol/L的硼氢化钠溶液，滴速为30滴/分钟，整个过程连续向三角烧瓶中通入氮气，并且保持搅拌； 步骤六，加入过量硼氢化钠溶液，待反应结束后，静止2小时，静止沉淀之后的固体真空抽滤，抽滤时间为12小时； 步骤七，抽滤之后的固体即负载纳米铁，将其转移至酒精溶液或者密闭容器中保存。
2.根据权利要求1所述的一种高效定量负载纳米铁的制备方法，其特征在于，以浓度为O. 5mol/L的二价铁溶液替代所述三价铁溶液。
3.根据权利要求2所述的一种高效定量负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述二价铁溶液为FeCl2溶液或者FeSO4溶液。
4.根据权利要求1或2所述的一种高效定量负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述三价铁溶液为FeCl3溶液或者Fe2 (SO4) 3溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高效定量负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述载体为活性炭、活性氧化铝、硅藻土或者分子筛。
6.根据权利要求1所述的一种高效定量负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述负载纳米铁宏观为粉末状，微观结构为纳米铁呈点状分布在载体表面，颗粒粒径约为20nm，所述纳米铁质量分数为10%，需要滴入三价铁溶液的总量为2ml，分2次滴完。
7.根据权利要求1所述的一种高效定量负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述负载纳米铁宏观为黑色粉末，微观结构为纳米铁呈点状分布在载体表面，颗粒粒径约为3(T40nm,所述纳米铁质量分数为20%,需要滴入三价铁溶液的总量为4. 5ml,分3 4次滴完。
8.根据权利要求1所述的一种高效定量负载纳米铁的制备方法，其特征在于，所述负载纳米铁宏观为粉末，微观结构为链状固体负载在载体上，颗粒粒径为8(Tl00nm，所述纳米铁质量分数为40%，需要滴入三价铁溶液的总量为12ml，分1(Γ12次滴完。
全文摘要
一种高效定量负载纳米铁的制备方法，在坩埚中放置载体，根据需求的纳米铁质量分数，将三价铁溶液滴至载体表面至胶状后，停止滴入，进行烘烤，向烘干后的物质中继续滴入三价铁溶液，待载体与所滴的三价铁溶液混合至胶状后，进行烘烤；重复直至计算用量的三价铁溶液全部滴入载体，将最后一步的胶状物质放入烘箱中烘干，取出载体，放入三角烧瓶中，滴入过量硼氢化钠溶液，待反应结束，将静止沉淀之后的固体真空抽滤，抽滤之后的固体即负载纳米铁，将其转移至含有酒精溶液中或者密闭容器中保存，本发明能够控制最终固体中纳米铁的质量分数，同时能够使纳米铁在载体上分散的更好，增加原料的利用效率，便于后续的应用，同时也大大提高了纳米铁的利用率。
文档编号B01J20/32GK103007907SQ20121056417
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者左剑恶, 刘峰林, 谢帮蜜, 杨波, 王佩 申请人:清华大学