[发明专利]一种负载纳米零价铁的磁性纳米伊蒙黏土及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备和应用领域，特别涉及一种负载纳米零价铁的磁性纳米伊蒙黏土及其制备方法、应用。

背景技术

随着工业的发展，含重金属的污染废水排放日益严重，重金属离子难被生物降解，易通过生物链富集，对人类健康造成极大威胁。黏土矿物是较为常用的环境自修复材料，具有优良的离子交换和吸附性能。同时，黏土矿物具有颗粒微细，来源广泛、成本低等优点。

用于吸附水中重金属离子的黏土矿物在处理废水后难以富集，因此许多研究者在黏土上负载磁性颗粒，制备出适用于利用外磁场分离、富集复合黏土，如负载纳米Fe₃O₄颗粒、纳米零价铁颗粒、纳米Fe₂O₃颗粒等。中国专利CN105536752A公开了“一种磁性蒙脱土复合颗粒吸附剂的制备方法”，通过蒙脱土筛选改性制备颗粒吸附剂，对镉的吸附效果达90％以上。中国专利CN102063988A公开了“一种磁性粘土材料及其制备方法”，在制备无机-有机复合柱撑粘土的基础上，通过表面活性剂的界面化学调控作用以及化学反应在粘土表面原位生成γ-Fe₂O₃纳米磁性粒子，该复合材料具有良好的吸附和催化性能，并且实现吸附与外场强化磁分离的耦合。

纳米零价铁具有铁磁性也有原位还原修复能力，可以应用于脱除水中的重金属离子及对水中的有机污染物进行脱氯，在废水的处理领域具有较高的利用价值。但纳米零价铁颗粒表面能高，并且自身具有铁磁性，容易发生团聚。团聚后的纳米零价铁原位还原活性降低，不利于其应用于废水处理。同时，暴露在空气中的纳米零价铁易于氧化，甚至自燃。而利用黏土矿物负载纳米零价铁不仅可以提高纳米零价铁分散性、降低其团聚，还可以稳定纳米零价铁，提高其抗氧化能力。中国专利CN 102344194X和CN102923835A分别公布了一种利用蒙脱石负载纳米零价铁的制备方法。制成的复合磁性黏土矿物具有黏土和纳米零价铁的优点，有良好的吸附处理能力。

现有技术的缺点是：用于负载纳米零价铁的黏土矿物多为微米粒级的颗粒，粗颗粒导致在制备Fe²⁺/Fe³⁺饱和黏土前驱体时，Fe²⁺/Fe³⁺需要较长的反应时间才能进入黏土矿物层间，导致前驱体制备效率低下；另外，制备的负载纳米零价铁的矿物磁性较小，不利于吸附处理后的磁分离。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种负载纳米零价铁的磁性纳米伊蒙黏土，具有原位修复能力的磁性复合黏土材料，吸附处理能力强，同时吸附处理完毕之后可以通过外加磁场快速地分离。

本发明的另一目的在于提供上述负载纳米零价铁的磁性纳米伊蒙黏土的制备方法，大大缩短了前驱体制备时间，提高制备效率。

本发明的再一目的在于提供上述负载纳米零价铁的磁性纳米伊蒙黏土的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种负载纳米零价铁的磁性纳米伊蒙黏土的制备方法，包括以下步骤：

(1)在纳米伊蒙黏土中加入去离子水，制成稳定的悬浮液；

(2)将六水合三氯化铁固体加入步骤(1)所述的悬浮液中，并加入的无水乙醇，在超声中搅拌30～60min得到前驱液；

(3)配制浓度为0.4～1.2mol/L的硼氢化钠或者硼氢化钾溶液，然后逐滴滴加到步骤(2)得到的前驱液中，滴加过程中通入氮气进行保护；同时，调节搅拌器的转速为400～1000r/mim；滴加完毕后，调节搅拌器的转速为200～400r/mim，继续反应30～60min；

(4)用磁体富集步骤(3)中反应得到的产物，然后用去离子水和无水乙醇分别洗涤产物多次；

(5)将步骤(4)中得到的产物进行真空干燥，研磨干燥后产物，得到负载纳米零价铁的磁性伊蒙黏土粉体。

步骤(1)所述悬浮液的制备方法为：将固含量为45～55wt.％纳米伊蒙黏土用去离子水稀释到固含量为1～10wt.％，然后用立式高剪切分散机高速搅拌20～60min，形成稳定的悬浮液。

步骤(2)中六水合三氯化铁浓度为0.05～0.20mol/L，六水合三氯化铁与伊蒙黏土的质量比为10:1～10，去离子水与无水乙醇的体积比为1:1～4。

步骤(2)中超声处理同时搅拌，超声功率为50～300W，搅拌器的转速为400～1000r/min，超声搅拌的时间为30～60min。