納米級Fe⁰/Fe₃O₄的製備方法及其用途的製作方法

2023-06-04 01:27:16

專利名稱：納米級Fe0/Fe3O4的製備方法及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米級FeQ/Fe304的製備方法及其用途。
技術背景生產和生活過程中排放的各種汙染物通過各種途徑進入環境，嚴重汙染了 大氣、土壤、地下水和地表水系統，嚴重威脅著人類的健康生活。其中Cr(VI) 是地下水、土壤和地表水體中普遍存在的優先汙染物之一。Cr(VI)、總鉻為《汙水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的第一類汙染物， 其最高允許排放質量濃度分別為0.5mg/L和1.5mg/L。 Cr(VI)是國際抗癌研究中 心和美國毒理學組織公布的致癌物，具有明顯的致癌作用，常接觸大劑量Cr(VI) 會引起接觸部位的潰瘍或造成不良反應。攝入過量的Cr(VI)會引起腎臟和肝臟 受損、噁心、胃腸道刺激、胃潰瘍、痙攣甚至死亡。Cr(VI)還會進入DNA遺傳 給下一代。據試驗，水中含鉻lmg/L時，可刺激作物生長，1 10mg/L時會使 作物生長緩慢，到100mg/L時作物停止生長，瀕於死亡。廢水中含鉻化合物時， 會降低廢水生物處理的效率。研究發現，F^幾乎可以去除汙染地下水中主要的汙染物，包括地下水中含 氯有機物的脫氯，硝酸鹽的脫氮，及地下水中Cr(VI)等重金屬的修復等，且鐵 被氧化後形成的氧化鐵(氫氧化鐵、碳酸鐵等)能吸附多種汙染物，如As (11)。 利用鐵金屬處理地下水的系統，可以是地面上的，也可以與砂粒混合作為反應 牆直接埋置在含水層中。金屬鐵雖然能夠有效地使含氯有機物和硝酸鹽脫氯、脫氮，能夠還原修復 重金屬汙染，但仍面臨著以下挑戰(1) 隨著反應的進行，金屬鐵表面逐漸形成金屬氫氧化物或碳酸鹽鈍化層， 使得鐵的反應活性降低。(2) 納米級F^雖然可以提高反應活性，但由於顆粒較小，在地球磁場及 顆粒間靜磁力的影響下，容易聚集成團，且暴露在空氣中易發生氧化，從而影 響反應活性的發揮。發明內容本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種納米級FeQ/Fe304的製備方 法及其用途。納米級FeG/Fe304的製備方法是將0.5~lmmol的FeS04*7H20加至400ml水中，然後通氮氣0.5~lh去除溶解氧，再加入0.5-1.5g Fe304，在不斷通入N2並 連續攪拌的條件下，滴入100ml NaBH4水溶液，NaBH4水溶液的初始摩爾濃度 為FeSCV7H20溶液的8倍，得到納米級FeQ/Fe304。納米級F^/Fe304用於地下水和廢水中六價絡的去除和修復。本發明與現有技術相比具有的有益效果1) 納米級FeG/Fe304體系製備方法簡單，反應速度快。製備過程中只需三種 化學試劑，即首先使NaBH4和FeS(V7H20進行反應，再加入起穩定化和分散納 米級Fe^的作用的Fe304，反應在0.5-lh內即可完成，時間短；2) 納米級FeQ/ Fe304體系中的納米級Fe^直徑都在100nm以下，在Fe304 的微弱磁性作用下，可以分散在Fe304的表面，使整個體系的比表面積顯著增加(如附圖2所示)，反應速率大大提高；3) 在納米級F^/Fe304體系中，利用Fe304的微弱磁性，使納米級F^高度 分散在Fe304顆粒表面，克服了納米級F 容易團聚的缺點；同時，在使用該體 系去除水中Cr(VI)的反應中，Fe"還原Cr(VI)後，生成Fe3+，電子從位於Fe304 表面的FeQ中轉移到Fe304上，把生成的F^+還原成為Fe2+，從而形成一個高效 的還原體系，解決了F^由於表面鈍化而導致電子傳遞困難的問題，使得還原能 力大幅度提高，4) 納米級F^/Fe304中的納米級FeG分散性好，反應活性高。當有Fe3C^存 在時，僅投加0.05g/L納米級FeG，即可使初始濃度為20mg/L的Cr(VI)在反應 15分鐘後，達到100X的Cr(VI)去除率。與此相比，在沒有Fe304存在、其他條 件相同時，Cr(VI)的去除效率僅為50%左右。


圖1是普通納米級F^的透射電鏡圖；圖2是納米級F^/Fe304體系的透射電鏡圖。
具體實施方式
納米級FeG/Fe304的製備方法是將0.5~lmmol的FeS047H20加至400ml水 中，然後通氮氣0.5~lh去除溶解氧，再加入0.5 1.5g Fe304，在不斷通入N2並 連續攪拌的條件下，滴入100ml NaBH4水溶液，NaBH4水溶液的初始摩爾濃度 為FeS(V7H20溶液的8倍，得到納米級FeQ/Fe304。納米級F^/Fe304用於地下水和廢水中六價鉻的去除和修復。納米級FeQ/Fe304的製備方法的反應方程式如下Fe(H20)62++2BH4——F4+2B(OH)3+7H2T本發明的依據是，納米級F^具有較大的比表面積、在磁鐵礦表面具有較好 的分散性，可以有效阻止納米級F^的聚集。本發明所提出的納米級F^/Fe304的用途，其技術特點是採用高級還原技 術同步、快速地還原修復含Cr(VI)的水體，整個反應過程中連續通入氮氣以保 持良好的厭氧環境。用於製備納米級F^/Fe304的水在反應前需通入氮氣，曝氣 2小時，以除去水中的溶解氧。本發明的進一步特徵在於，納米級F^/Fe304在厭氧的還原環境下，即發生 具有快速、高效修復含Cr(VI)水體作用的反應。在自然界中水溫0 40'C的常見 範圍， 一般較佳溫度值為25'C (即常溫)；水的pH值為中性，無需調節；適合 常見的地下水中汙染物的濃度範圍為0.05 200ppm。納米級F^/Fe304用於含Cr(VI)汙染水體的修復。具體步驟如下在連續通入氮氣，保持良好的厭氧環境的情況下，在含Cr(VI)汙染水中加 入納米級FeQ/Fe304,汙染物與納米級F 的用量比例為1: 2左右，含Cr(VI)汙 染水體與納米級F^/Fe304充分接觸15分鐘後，水體得到修復、淨化。實施例1:將0.5mmo1的FeSCV7H20加至400ml水中，並通入氮氣去除溶解氧，通氣 時間為0.5h,然後加入1.5g Fe304，在不斷通入N2並連續攪拌的條件下，滴入 100mlNaBH4水溶液，NaBH4水溶液的摩爾濃度為FeS04*7H20溶液的8倍，得 到納米級FeQ/Fe304。在初始pH值為5.5，反應溫度為3(TC的條件下，向其中加入10mg Cr(VI)， 反應15min後Cr(VI)去除率為100。％。同等條件下，若無Fe304存在，去除效率 僅為50%左右。實施例2:將lmmol的FeS04*7H20加至400ml水中，並通入氮氣去除溶解氧，通氣 時間為0.5h，然後加入0.5g Fe304，在不斷通入N2並連續攪拌的條件下，滴入 10OmlNaBH4水溶液，NaBH4水溶液的摩爾濃度為FeS04*7H20溶液的8倍，得 到納米級FeQ/Fe304。在初始pH值為6.0，反應溫度為25。C的條件下，向其中加入5mgCr(VI)， 反應5min後Cr(VI)去除率為100% 。實施例3:將0.5mmo1的FeSCV7H20加至400ml水中，並通入氮氣去除溶解氧，通氣 時間為0.5h，然後加入0.5gFe304，在不斷通入N2並連續攪拌的條件下，滴入100mlNaBH4水溶液，NaBH4水溶液的摩爾濃度為FeSCV7H20溶液的8倍，得 到納米級FeQ/Fe304。
在初始pH值為6.0，反應溫度為35'C的條件下，向其中加入10mgCr(VI)， 反應120min後Cr(VI)去除率為80%。
實施例4:
將0.5mmo1的FeS04*7H20加至400ml水中，並通入氮氣去除溶解氧，通氣 時間為0.5h，然後加入0.75gFe304，在不斷通入N2並連續攪拌的條件下，滴入 10OmlNaBH4水溶液，NaBH4水溶液的摩爾濃度為FeSCV7H20溶液的8倍，得 到納米級FeQ/Fe304。
在初始pH值為6.0，反應溫度為35"C的條件下，向其中加入10mgCr(VI)， 反應120min後Cr(VI)去除率為100% 。
權利要求
1.一種納米級Fe°/Fe3O4的製備方法，其特徵在於將0.5～1mmol的FeSO4·7H2O加至400ml水中，然後通氮氣0.5～1h去除溶解氧，再加入0.5～1.5gFe3O4，在不斷通入N2並連續攪拌的條件下，滴入100ml NaBH4水溶液，NaBH4水溶液的初始摩爾濃度為FeSO4·7H2O溶液的8倍，得到納米級Fe°/Fe3O4。
2. —種如權利要求1所述方法製備的納米級F^/Fe304的用途，其特徵在於 用於地下水和廢水中六價鉻的去除和修復。
全文摘要
本發明公開了一種納米級Fe0/Fe3O4的製備方法及用途。它是講將0.5～1mmol的FeSO4·7H2O加至400ml水中，然後通氮氣0.5～1h去除溶解氧，再加入0.5～1.5gFe3O4，在不斷通入N2並連續攪拌的條件下，向其中逐滴加入100ml NaBH4水溶液，NaBH4水溶液的初始摩爾濃度為FeSO4·7H2O溶液的8倍，以得到納米級Fe0/Fe3O4。納米級Fe0/Fe3O4可用於水中Cr(VI)的還原修復。本發明的納米級Fe0/Fe3O4製備方法簡單，反應快，克服了納米級Fe0因受地球磁場及顆粒間靜磁力影響，易聚集、易氧化，從而降低反應活性的缺點，利用磁鐵礦的微弱磁性，使納米級Fe0高度分散在磁鐵礦表面，並在磁鐵礦表面形成了高效的Fe2+-Fe3+電子循環和Fe0-Fe3O4電子傳遞的還原體系，解決了Fe0由於表面鈍化而難以傳遞電子的問題，大大提高了還原能力，可以有效去除水中Cr(VI)。
文檔編號C02F1/28GK101306862SQ20081006274
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者吳燕君, 珍 張, 徐新華, 倩 王, 童翼飛 申請人:浙江大學