一种磷酸化纳米铁制备方法

1.本发明属于环境污染控制领域，涉及一种磷酸化纳米铁制备新方法，适用于水体中重金属离子的去除。


背景技术：

2.随着经济的高速发展和人口的快速增长，水体中重金属污染日益严重。纳米铁因具有比表面积大、反应活性强等优点，被广泛应用于重金属污染水体修复。然而，纳米零价铁易腐蚀、二次污染和电子利用率低等问题严重限制了其实际工程应用。
3.磷化纳米铁能够有效解决纳米铁对重金属离子吸附能力弱，电子选择性差，去除能力低等问题，适用于地下水修复和多种工业废水处理。专利cn109205754a公开了一种磷化促进纳米零价铁还原去除重金属离子的方法，但其磷化纳米铁制备方法为两步合成法，即先利用硼氢化钠滴入三氯化铁溶液制备纳米铁，后加入磷酸盐合成磷化纳米铁。而本发明为一步合成法，即将硼氢化钠直接滴入磷酸盐和三氯化铁混合液中，一步合成磷化纳米铁。与专利cn109205754a相比，本发明的磷酸化纳米铁制备工艺更为简单。所制备磷酸化纳米铁对水体中重金属离子具有优异处理性能，且绿色无污染。


技术实现要素：

4.本发明主要针对环境污染控制领域中磷化纳米铁制备工艺问题，提出一种更为简单实用的新工艺，为推进纳米铁材料实际工程应用提供了新思路。
5.本发明的基本构思是将硼氢化钠或硼氢化钾溶液逐滴加入至磷酸盐和三氯化铁混合液中，静置，过滤，水洗和冷冻干燥，得到磷酸化纳米铁。
6.进一步地限定，所述磷酸盐和三氯化铁混合液是按下述步骤完成的：将磷酸盐固体粉末直接加入至三氯化铁溶液中，现配现用。
7.进一步地限定，静置过程为首先低温静置至冷却，温度为0～10℃；然后转移至室温静置。静置时间为1-2h。
8.进一步地限定，硼氢化钠或硼氢化钾物质的量为三氯化铁的2-4倍。
9.进一步地限定，硼氢化钠或硼氢化钾溶液滴加时间在60min以内。
10.进一步地限定，磷酸盐为磷酸钾、磷酸一氢钾和磷酸二氢钾，磷酸盐与三氯化铁的摩尔百分比为0.3-10％。
附图说明
11.图1为纳米铁透射电子显微镜图像(a.纳米铁(100nm)，b.纳米铁(20nm)，c.fe+o+p元素叠加图，d.fe元素分析图，e.o元素分析图，f.p元素分析图)
12.图2为磷酸化纳米铁透射电子显微镜图像(a.磷酸化纳米铁(100nm)，b.磷酸化纳米铁(20nm)，c.fe+o+p元素叠加图，d.fe元素分析图，e.o元素分析图，f.p元素分析图)
13.图3为磷酸化纳米铁去除污染水体中六价铬效果图(实例1)
14.图4为磷酸化纳米铁去除污染水体中六价铬效果图(实例2)
具体实施方式
15.下面通过具体实施例进一步说明磷酸化纳米铁制备的具体细节，但本发明不仅仅局限于以下实例。本发明的室温即常温，所以一般35℃以下。
16.实施例1：
17.步骤一：配备fecl3和kh2po4混合液(现配现用)。首先将12.1gfecl3·
6h2o加入至200ml超纯水中，搅拌均匀。而后加入0.03g kh2po4固体，搅拌均匀。得到200ml fecl3和kh2po4混合液。
18.步骤二：将10g kbh4加入至100ml超纯水中，得到100ml kbh4溶液。
19.步骤三：将上述kbh4溶液逐滴加入至fecl3和kh2po4混合液。时间控制在10min。滴加完毕后，放入冰箱冷冻30分钟，室温放置1h。抽滤，并用超纯水水洗3次。放入冰箱冷冻2小时，而后冷冻干燥24h，得到磷酸化纳米铁，并进行透射电子显微镜tem表征。
20.步骤四：取上述磷酸化纳米铁0.5g投加至含有100ml 100mg/l六价铬溶液的锥形瓶中，摇床振荡，观察去除效果。
21.实验结果如图2所示。当反应达15min时，磷酸化纳米铁对六价铬去除率达99％，而纳米铁仅42％。当反应达20min时，溶液中六价铬去除率已达100％，远高于纳米铁的49％。可见，该发明所制备的磷酸化纳米铁对重金属铬具有优异处理效果。
22.实施例2：
23.步骤一：配备fecl3和kh2po4混合液(现配现用)。首先将12.1gfecl3·
6h2o加入至200ml超纯水中，搅拌均匀。而后加入0.03g kh2po4固体，搅拌均匀。得到200ml fecl3和kh2po4混合液。
24.步骤二：将10g kbh4加入至100ml超纯水中，得到100ml kbh4溶液。
25.步骤三：将上述kbh4溶液逐滴加入至fecl3和kh2po4混合液。时间控制在5min以内。滴加完毕后，放入冰箱冷冻30分钟，室温放置1h。抽滤，并用超纯水水洗3次。而后冷冻干燥24h，得到磷酸化纳米铁。
26.步骤四：取上述磷酸化纳米铁0.1g投加至含有100ml 20mg/l六价铬溶液的锥形瓶中，摇床振荡，观察去除效果。
27.实验结果如图4所示。当反应达15min时，磷酸化纳米铁对六价铬去除率达96.71％，而纳米铁仅90.28％。当反应达20min时，溶液中六价铬去除率已达100％，而纳米铁为97.83％。可见，该发明所制备的磷酸化纳米铁对不同浓度的重金属铬具有优异处理效果。


技术特征：
1.一种磷酸化纳米铁制备方法，其特征在于：将硼氢化钠或硼氢化钾溶液逐滴加入至磷酸盐和三氯化铁混合液中，静置，过滤，水洗和冷冻干燥，得到磷酸化纳米铁；硼氢化钠或硼氢化钾物质的量为三氯化铁的2-4倍；磷酸盐和三氯化铁混合液中：磷酸盐为磷酸钾、磷酸一氢钾或磷酸二氢钾，磷酸盐与三氯化铁的摩尔百分比为0.3％-10％。2.根据权利要求1所述一种磷酸化纳米铁制备方法，其特征在于所述磷酸盐和三氯化铁混合液是按下述步骤完成的：将磷酸盐固体粉末直接加入至三氯化铁溶液中，现配现用。3.根据权利要求1所述一种磷酸化纳米铁制备方法，其特征在于静置为首先0～10℃中静置然后转移至室温静置；静置时间为1-2h。4.根据权利要求1所述一种磷酸化纳米铁制备方法，其特征在于硼氢化钠或硼氢化钾溶液滴加时间在60min以内。

技术总结
一种磷酸化纳米铁制备方法，属于环境污染控制领域。制备方法为：首先配备三氯化铁和磷酸盐混合溶液。然后将硼氢化钠或硼氢化钾溶液逐滴加入至三氯化铁溶液中。随后静置、抽滤、水洗和冷冻干燥得到磷酸化纳米铁。该纳米铁制备方法简单、灵活可控，实用性较强；所述磷酸化纳米铁对水中重金属具有优异去除效果，且绿色无污染。污染。污染。


技术研发人员：张永祥 曹孟京
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2022.08.26
技术公布日：2023/1/24