[发明专利]一种稳定易分离型纳米铁球及其制备方法与应用

说明书

本发明得到天津师范大学人才引进项目（5RL109），天津市高等学校科技发展基金计划项目（20110528）和天津师范大学市重点实验室开放基金项目（YF11700102）资助。

技术领域

本发明涉及污染污泥和水体环境治理技术领域，主要涉及能稳定的且易与污水和污泥分离的纳米铁功能球的制备方法。

背景技术

随着社会的飞速发展, 我国水体环境受到严重污染，在不能及时净化处理的情况下，大量的污染物质沉积在污泥中，因而水体和污泥中的污染物的修复技术受到人们的广泛关注。近年来，我国多次发生突发性的污染事件，对社会、经济和人类健康造成极大的威胁，如何高效、及时、经济地去除局部环境高浓度的污染物成为急需解决的社会热点问题之一。

近年来，将纳米零价铁（NZVI）用于环境污染的治理是一种新的污染控制技术，并得到了广泛地研究和应用。纳米零价铁（NZVI）与普通铁粉相比，粒径小，比表面积大，表面能大，在与其它物质的反应中具有较高的活性。NZVI能够处理多种污染物，其对于有机氯农药、五氯苯酚、杀虫剂、卤化烷烃、卤化芳香烃、多氯联苯(PCBs)、重金属离子、铬酸盐、砷酸盐及高氯酸盐等多种污染物均具有还原转化作用。然而，NZVI在空气中的稳定性差，极易被氧化甚至自燃，从而为NZVI的使用和运输带来了诸多不便；处理后的污泥和污水难以与NZVI分离，进行后续的分离需要花费大量的人力和物力。尽管有报道可以将纳米零价铁制备成具有一定抗氧化能力和分散性能的改性纳米级铁粉，但是，其纳米级尺寸使得通过上述手段改性后的零价铁粉体在使用时极不方便，在受污染污泥和水体治理时NZVI的稳定性不理想并且利用效率不高，尤其是经过处理后的污泥和污水与NZVI难以分离，以至于在实际工程应用中造成很大的财力和物力的浪费，因此很难大规模地使用。

发明内容

本发明的一个目的在于克服当前纳米铁在实际应用时的缺点，提供一种经济可行、环保高效、方便适用的稳定的且易与污水和污泥分离的纳米铁功能球。.

本发明的另一个目的是提供一种稳定易分离型纳米铁球的制备方法。

本发明的在一个目的在于提供一种稳定易分离型纳米铁球在制备污染污泥和水体治理方面的应用，特别是在提高水体重金属去除率方面的应用。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种稳定易分离型纳米铁球，其特征在于它是由交联前驱溶液与纳米零价铁的分散溶液以体积比为15：1～3：1组成，其中：

交联前驱溶液：重量/体积百分比0.1％～15％壳聚糖-醋酸溶液；

纳米零价铁的分散溶液：

重量百分比Tween（吐温）20 0.1％～4％；

重量百分比20％～55％纳米零价铁粉；

重量百分比1％～10％碎铁屑。

本发明所述的稳定易分离型纳米铁球，其中纳米铁球直径为0.2～6mm。

 本发明所述的交联前驱溶液指的是：将适量的冰醋酸加入到无氧去离子水中，配制成体积百分比为0.2%-10%的醋酸溶液；再加入壳聚糖不断地加热制成。

本发明进一步公开了稳定易分离型纳米铁球的制备方法，它是按如下的步骤进行：

（1）交联前驱溶液的配制：将适量的冰醋酸加入到无氧去离子水中，配制成体积分数为0.2%-10%的醋酸溶液；再加入壳聚糖在30-60℃下不断地加热、搅拌3-8h，直到壳聚糖完全溶解，制成重量/体积百分比为0.1％～15％的壳聚糖-醋酸溶液，在继续搅拌后，将此溶液冷却至室温；

（2）纳米零价铁的分散溶液配制：使用去离子水作为溶剂，调节其pH值为6～7，再分别加入Tween20、纳米铁粉和碎铁屑，利用超声波对粉体进行分散10～50分钟，即得纳米零价铁的分散溶液；上述分散溶液中，Tween20重量百分比为0.1％～4％；纳米零价铁粉的重量百分比为20％～55％；碎铁屑的重量百分比为1％～10％；

（3）纳米铁球的制备：在温度为15～65℃条件下，将交联前驱溶液和纳米零价铁的分散溶液按体积比为15：1～3：1 的比例混合均匀，然后将此混合溶液滴加到100mLNaOH（0.5-2.0mol/L）溶液中生成直径为0.2～6 mm的球，并通过表氯醇固化交联6～30小时后，再用脱氧的去离子水洗涤，即得纳米铁功能球。

本发明所述的固化交联指的是表氯醇（有市售）与壳聚糖发生交联聚合反应，达到争强其机械强度的目的。

本发明进一步公开了稳定易分离型纳米铁球在制备污染污泥和水体治理方面的应用。特别是在提高重金属去除率方面的应用。