[发明专利]一种铜铁碳纳米凝胶小球的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种原位合成铜铁碳纳米凝胶小球的方法，包括以下步骤：步骤A、制备零价铜铁的碳纳米材料：将吸附了有机物的铜铁层状双金属氢氧化物在保护性气体的保护下进行焙烧，得到零价铜铁的碳纳米材料；步骤B、制备铜铁碳纳米凝胶小球：将步骤A制备的零价铜铁的碳纳米材料与海泡石和海藻酸钠混合后，在交联剂溶液中交联固化，得到铜铁碳纳米凝胶小球。本发明的铜铁碳纳米凝胶小球能用于地下水修复，克服了零价铁粉末在装置中团聚失活造成装置堵塞的问题。同时碳材料的引入，可增加小球的孔隙率，有利于传质过程，且能增加小球的机械强度，降低二次污染。将海泡石引入凝胶小球中可提高小球的吸附性能及对污染物的去除率。

技术领域

本发明属于铜铁碳纳米材料及生物材料包埋的制备工艺技术，具体涉及到一种原位合成铜铁碳纳米凝胶小球的方法。

背景技术

纳米零价铁(ZVI)颗粒因其还原电势高、反应效率高及渗透性高的特点，近年来被广泛应用于地下水中有机和无机污染物的原位修复。然而对于其本身具有易团聚失活、对pH敏感的局限，单独纳米零价铁用于地下水污染修复会降低其电子利用率且会造成环境的二次污染。为了解决这些问题，在零价铁表面负载适量的铜是一种有效的解决办法。铜铁之间由于更大的电势差(0.78V)可通过形成原电池加速铁的溶解，另一方面负载的铜能有效的抑制铁的表面氧化。但负载了铜的零价铁纳米材料依然尺寸极小，极易受到外界环境的冲击而造成大量的流失。

例如，专利文献CN201510534820.3公开了一种纳米零价铁铜双金属颗粒的制备方法及用途。在一个实施例中，制备方法包括以下步骤：将铁盐和铜盐按摩尔比为3～10：1加入三口烧瓶：取50mL～100mL的乙醇溶液加入三口烧瓶，20℃～60℃水浴搅拌10～30min；将硼氢化盐溶液加入三口烧瓶中，搅拌10～40min后，抽滤得到沉淀物；将沉淀物分别用无水乙醇和丙酮清洗后抽滤，放入真空干燥箱25℃～80℃条件下干燥1h～24h，得到纳米零价铁铜双金属颗粒。该专利得到的纳米零价铁铜双金属颗粒在用于废水处理时同样极易受到外界环境的冲击而造成大量的流失，还会造成二次污染问题，并不方便实际运用。

因此，本领域需要一种新的方法来解决纳米零价铁铜双金属颗粒在用于废水处理时容易造成大量流失的问题。

发明内容

因此，本发明提供一种铜铁碳纳米凝胶小球及其制备方法，以解决纳米零价铁铜双金属颗粒在用于废水处理时容易造成大量流失的问题。

具体地，本发明提供了一种铜铁碳纳米凝胶小球的制备方法，所述方法包括：

步骤A、制备零价铜铁的碳纳米材料：将吸附了有机物的铜铁层状双金属氢氧化物在保护性气体的保护下和在温度为700～1000℃的条件下进行焙烧，得到零价铜铁的碳纳米材料，所述保护性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中至少一种；焙烧温度优选750～850℃；

步骤B、制备铜铁碳纳米凝胶小球：将步骤A制备的零价铜铁的碳纳米材料与海泡石和海藻酸钠混合后，在交联剂溶液中交联固化，得到铜铁碳纳米凝胶小球。

在一种具体的实施方式中，在步骤A之前还包括制备吸附了有机物的铜铁层状双金属氢氧化物的步骤，具体包括步骤M和步骤N，

步骤M、制备铜铁层状双金属氢氧化物：将含Cu²⁺和Fe³⁺的溶液与碱溶液同时滴加至水中进行共沉淀反应，且利用隔离气体隔离空气中的CO₂，得到铜铁层状双金属氢氧化物；

步骤N、吸附有机物：将步骤M中制备得到的铜铁层状双金属氢氧化物置于含有机物的水中吸附有机物得到所述吸附了有机物的铜铁层状双金属氢氧化物。

在一种具体的实施方式中，步骤M中共沉淀反应的温度为60～80℃，共沉淀反应时溶液pH值为5±0.5。

在一种具体的实施方式中，铜铁层状双金属氢氧化物上吸附的有机物包括橙黄II。