一种制备零价纳米铁颗粒的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备零价纳米铁颗粒的方法。该方法，包括如下步骤：1)将可溶性铁盐的水溶液与聚电解质混匀得到聚合物溶液，进行静电纺丝，得到纳米纤维毡；2)在厌氧条件下，将还原剂的水溶液与步骤1)所得纳米纤维毡进行反应，反应完毕收集所得沉淀，即为所述零价纳米铁颗粒。该方法制备的纳米铁粒子，平均粒径为20-50nm，颗粒分散均匀，且可根据各个参数条件调整而变化，无团簇现象。
【专利说明】一种制备零价纳米铁颗粒的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料领域，涉及一种制备零价纳米铁颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]零价纳米铁颗粒以其卓越的磁性能及巨大的应用潜力备受瞩目，可广泛用于磁流体制备、磁共振成像、磁性细胞分离、及催化与环境修复等众多领域。特别在环境修复领域，大量的研究表明，与普通铁粉和铁屑相比，零价纳米铁粒径小，比表面积大，吸附性强，表面能大，具有较高的活性。用纳米铁颗粒在处理机氯化物、重金属离子、染料及硝酸盐等污染物方面有着良好的应用前景。
[0003]零价纳米铁是指粒径在I?10nm内的Fe°颗粒。纳米铁的制备方法包括物理方法和化学方法。物理方法有物理气相沉积法(蒸发冷凝法)、金属蒸气合成法、溅射法、真空蒸发法、物理粉碎法和机械合金法等。化学方法有固相还原法和液相还原法、热解羰基铁法、共沉淀法、电沉积法、溶胶-凝胶法和水热合成法等。此外，还存在一些制备纳米铁的其他方法，包括聚合法、盐析法、LB膜法和分子自组装法(SA)。但所有这些方法制备的纳米铁颗粒存在粒径较大，分布不均匀的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种制备零价纳米铁颗粒的方法。
[0005]本发明提供的制备零价纳米铁颗粒的方法，包括如下步骤:
[0006]I)将可溶性铁盐的水溶液与聚电解质混匀得到聚合物溶液，进行静电纺丝，得到纳米纤维毡；
[0007]2)在厌氧条件下，将还原剂的水溶液与步骤I)所得纳米纤维毡进行反应，反应完毕收集所得沉淀，即为所述零价纳米铁颗粒。
[0008]上述方法的所述步骤I)中，可溶性铁盐为FeSO4.7H20或FeCl3 ；
[0009]所述可溶性铁盐的水溶液的浓度为0.02M?0.2M ;
[0010]所述聚电解质为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚氧化乙烯(PEO);所述PVP的平均分子量为1300000，PEO的平均分子量为1000000 ；
[0011]所述聚合物溶液中，聚电解质PVP的质量百分浓度为8%-12%，具体为9.1%；PE0的质量百分浓度为具体为2.9%;
[0012]所述静电纺丝步骤中，针头与收集纤维毡的铝箔之间的距离为8cm-10cm，具体为8.5cm、9cm;由可溶性铁盐的水溶液和PVP组成的聚合物溶液的流量为3 μ l/min_5 μ I/min,由可溶性铁盐的水溶液和PEO组成的聚合物溶液的流量为8_10 μ 1/min ；电压随着流量以及距离的变化而变化；
[0013]所述步骤2)中，强还原剂为NaBH4或KBH4 ；
[0014]强还原剂的水溶液的浓度为所述可溶性铁盐的水溶液浓度的4-6倍。
[0015]该步骤中，还原剂的水溶液滴加到步骤I)所得纳米纤维毡上时，即使所述纳米纤维毡溶解，同时还原剂与纳米纤维毡中的铁盐进行还原反应，金属铁盐在强还原剂的作用下被还原成单质金属铁粒子，生成含有零价纳米铁颗粒的黑色悬浊液。
[0016]相关的反应方程式如下:
[0017]Fe2++2BH4_+6H20 — Fe+2B (OH) 3+7Η2 ?
[0018]另外，按照上述方法制备得到的零价纳米铁颗粒，也属于本发明的保护范围。该零价纳米铁颗粒的平均粒径为20_50nm。
[0019]本发明提供的零价纳米铁颗粒的制备方法简单，容易操作，而且制备的纳米铁颗粒分布均匀，平均粒径小于lOOnm，且粒径可根据所含铁盐浓度、高分子聚合物浓度等参数调整而变化，无团簇现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实施例1所得零价纳米铁颗粒的TEM图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。下述实施例所用PVP的平均分子量为1300000，ΡΕ0的平均分子量为1000000。
[0022]实施例1
[0023]1)称取5.56g的FeS04.7H20,溶于100ml的去离子水中，得到FeS04.7H20的水溶液。
[0024]然后称取10g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，添加到FeS04.7H20的水溶液中，此后置于磁力搅拌器上，进行搅拌，PVP溶解，搅拌均匀后，得到铁盐浓度为0.2M，PVP的质量百分浓度为9.1%的混合纺丝溶液，进行静电纺丝工序。针头与铝箔之间的距离是8.5cm, PVP的流量为3 μ 1/min的时候，正电压为6.5kv,负电压为9kv，纳米纤维落在铝箔上，撕下即得到包含铁盐的纳米纤维毡。
[0025]2)称取3.02g NaBH4,置于100ml的去离子水中，配置成0.8mol/L的NaBH4的水溶液。
[0026]在厌氧培养箱中，将NaBH4的水溶液逐步滴加在纳米纤维毡上，纤维毡溶解，搅拌，使之反应完全，得到黑色悬浊液，然后静置，沉淀，完成沉淀后，用胶头滴管移除上清液，再将其放入真空干燥箱干燥，得到本发明提供的零价纳米铁颗粒。
[0027]如图1所示TEM的测试结果表明:纳米铁颗粒的平均粒径为20nm，无团簇现象。
[0028]实施例2
[0029]1)称取5.56g的FeS04.7Η20，溶于100ml的去离子水中，得到FeS04.7Η20的水溶液。
[0030]然后称取3g聚氧化乙烯(ΡΕ0)，添加到FeS04.7H20的水溶液中，此后置于磁力搅拌器上，进行搅拌，ΡΕ0溶解，搅拌均匀后，得到铁盐浓度为0.2M，ΡΕ0的质量百分浓度为2.9%的混合纺丝溶液，从而进行静电纺丝工序。针头与铝箔之间的距离是9cm，ΡΕ0的流量为10 μ Ι/min的时候，正电压为6.5kv，负电压为7kv，纳米纤维落在铝箔上，撕下即得到包含铁盐的纳米纤维毡。
[0031]2)称取3.02g的NaBH4,置于10ml的去离子水中，配置成0.8mol/L的NaBH4的水溶液。
[0032]在厌氧培养箱中，将NaBH4的水溶液逐步滴加在纳米纤维毡上，纤维毡溶解，搅拌，使之反应完全，得到黑色悬浊液，然后静置，沉淀，完成沉淀后，用胶头滴管移除上清液，再将其放入真空干燥箱干燥，得到本发明提供的零价纳米铁颗粒。
[0033]TEM的测试结果表明:纳米铁颗粒平均粒径在50nm，无团簇现象。
【权利要求】
1.一种制备零价纳米铁颗粒的方法，包括如下步骤: 1)将可溶性铁盐的水溶液与聚电解质混匀得到聚合物溶液，进行静电纺丝，得到纳米纤维毡； 2)在厌氧条件下，将还原剂的水溶液与步骤I)所得纳米纤维毡进行反应，反应完毕收集所得沉淀，即为所述零价纳米铁颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，可溶性铁盐为FeSO4WH2O或 FeCl3； 所述可溶性铁盐的水溶液的浓度为0.02M?0.2M。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，聚电解质为聚乙烯吡咯烷酮或聚氧化乙烯； 其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为1300000 ;所述聚氧化乙烯的平均分子量为 1000000 ； 所述聚合物溶液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分浓度为8% -12% ;聚氧化乙烯的质量百分浓度为
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于:所述步骤I)静电纺丝步骤中，针头与收集纤维毡的铝箔之间的距离为8cm-10cm ； 由可溶性铁盐的水溶液和聚乙烯吡咯烷酮组成的聚合物溶液的流量为3 μ I /min-5μ 1/min ； 由可溶性铁盐的水溶液和聚氧化乙烯组成的聚合物溶液的流量为8-10 μ 1/min。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于:所述步骤2)中，还原剂为NaBH4*KBH4 ； 还原剂的水溶液的浓度为所述可溶性铁盐的水溶液浓度的4-6倍。
6.权利要求1-5任一所述方法制备得到的零价纳米铁颗粒。
7.根据权利要求6所述的零价纳米铁颗粒，其特征在于:所述零价纳米铁颗粒的平均粒径为20-50nm。
【文档编号】B22F9/24GK104308173SQ201410498126
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】程荣, 程灿, 张萌, 李冠清, 杨喆, 谭雪, 马中, 石磊 申请人:中国人民大学