一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法专利检索-玻璃态材料和表面特性专利检索查询-专利查询网

一种用于 土壤修复的玻璃态网络的纳米 铁粉及制备方法

阅读：283发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及土壤修复材料领域，公开了一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法。包括如下制备过程：（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合团粒得到球形颗粒料；（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，制得混合凝胶液；（3）按照以下重量份进行混合分散：球形颗粒料70~85份、混合凝胶液15~30份，通过氨液老化并干燥后得到球形的凝胶包覆颗粒；（4）将颗粒在氮气氛围中激光烧结，即得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉。本发明制得的纳米铁粉与普通纳米铁粉相比，在用于铬污染土壤修复时，解决了三价铬易对纳米铁粉包围的问题，为纳米铁粉的还原提供了良好的微反应环境，同时避免了泥浆包覆铁粉造成铁粉团聚的不利影响，还原效率高，铬污染土壤修复效果好。，下面是一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：
（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为直径2 3mm的球形颗粒料；
~
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，使表面的凝胶快速玻璃化，并保持凝胶的纳米微孔，同时，内部颗粒的海藻胶灼烧为微孔，纳米铁粉的表面外露，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉。
2.根据权利要求1所述一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述纳米铁粉为球形纳米铁粉，粒径为20 70nm。
~
3.根据权利要求1所述一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉30 38份、海藻胶液62 70~ ~
份。
4.根据权利要求1所述一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维8 12份、二氧化硅凝胶液~
88 92份。
~
5.根据权利要求1所述一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料70 85份、混合凝胶液15 30~ ~
份。
6.根据权利要求1所述一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述氨液的质量浓度为23 28%，老化时间为20 30min。
~ ~
7.根据权利要求1所述一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述气流床干燥采用脉冲气流干燥器、旋风气流干燥器、直管气流干燥机中的一种。
8.根据权利要求1所述一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述激光快速烧结的激光功率为10 15W，扫描间距为0.08 0.15mm，扫描速~ ~
度为400 1200mm/s。
~
9.权利要求1 8任一项所述方法制备得到的一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁~
粉。

说明书全文

一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米 铁粉及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及土壤修复材料领域，公开了一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着工业化、城市化的不断发展，工业活动、矿产的开采和冶炼、城市垃圾的处理、污水灌概、农药和化肥的不合理施用等人类活动导致大量重金属以各种不同的形式进入土壤，引起环境质量严重恶化。土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不可逆转等特点，并可造成土壤肥力下降，农作物产量和品质下降，而且会通过径流和淋洗作用污染地下水和地表水，最终影响人类健康，因此，土壤重金属修复已成为土壤及环境领域的研究热点和难点。

[0003] 在重金属中，铬在土壤中以三价和六价两种化学形态存在，存在着两种形态的相互转化，六价铬还以阴离子的形式存在，这增加了铬污染土壤修复的复杂性，由于铬污染土壤的修复有其特殊性，土壤对总铬和六价铬的容忍性各不相同，目前尚未见到国内外铬污染土壤治理标准。因此，铬污染土壤修复研究具有重要意义。

[0004] 目前重金属污染治理的主要途径有两种：一种是将重金属从土壤中去除，如土壤清洗技术。但难度大，成本高，重金属除去不彻底；另一种是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，或变为无毒的金属离子，如通过吸附、螯合，还原等技术。目前主要采用还原法将六价铬还原为三价铬，以降低其毒性。金属纳米铁粉是六价铬良好的还原剂，常用于将六价铬还原为三价铬。因此，研究更加安全高效的铬污染土壤修复技术已是当务之急。

[0005] 中国发明专利申请号201510038175.6公开了一种六价铬污染土壤及地下水的修复方法，该修复方法包括以下步骤：步骤（1）：桩机就位；步骤（2）：使用搅拌注入设备将负载活性炭粉的酸化膨润土浆液和负载零价铁粉的膨润土浆液，分别独立地注入地下并搅拌；步骤（3）：检测土壤及地下水中六价铬还原效果；步骤（4）：注入膨润土与工业废碱混合浆液；步骤（5）：检验六价铬、三价铬修复效果。该修复方法可使修复药剂与土壤、地下水直接充分接触并发生反应，能够彻底还原土壤及地下水中的六价铬，同时使三价铬形成难溶的稳定化合物，并可减小修复药剂的无益损耗，平衡地层的酸碱度，适用于大面积、多种酸碱度、多种含水率的六价铬污染地层。

[0006] 中国发明专利申请号201110056525.3公开了一种重金属污染土壤原位修复方法，将亚微米或纳米铁、粉煤灰、含镁制剂和膨润土按照5 25∶40 50∶1 10∶15 50的重量比例均~ ~ ~ ~匀混合，得到重金属污染土壤修复药剂；在重金属污染土壤的表面施加1 4cm厚度的重金属~
污染土壤修复药剂后，将受污染土壤表层20cm厚的土壤与施加的修复药剂通过翻耕的方式混合均匀；经3 6个月，重金属污染土壤中的重金属镉、铬、汞、铅、砷、镍、锌、铜、锰和钒还原~
成低价固定化的重金属，失去其生物有效性，实现了重金属污染土壤的原位修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标准》(GB-15618-1995)二级标准值的要求。

[0007] 根据上述，现有方案中用于铬污染土壤修复时，采用纳米铁粉还原技术中，的纳米铁粉极易团聚，与六价铬的还原作用急速降低，而且随着纳米铁粉还原六价铬，还原效率也会降低，整个修复过程复杂，成本高且效果差，本发明提出了一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

[0008] 目前应用较广的纳米铁粉用于铬污染土壤修复中，存在还原六价铬时易团聚，易被三价铬包围，效率低下，修复效果差等缺陷。

[0009] 为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的制备方法，制备的具体过程为：
（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为直径2 3mm的球形颗粒料；
~
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，使表面的凝胶快速玻璃化，并保持凝胶的纳米微孔，同时，内部颗粒的海藻胶灼烧为微孔，纳米铁粉的表面外露，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉。

[0010] 优选的，步骤（1）所述纳米铁粉为球形纳米铁粉，粒径为20 70nm。~

[0011] 优选的，步骤（1）所述球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉30 38份、海藻胶~液62 70份。
~

[0012] 优选的，步骤（2）所述混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维8 12份、二氧化~硅凝胶液88 92份。
~

[0013] 优选的，步骤（3）所述混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料70 85份、混合凝胶~液15 30份。
~

[0014] 优选的，步骤（3）所述氨液的质量浓度为23 28%，老化时间为20 30min。~ ~

[0015] 优选的，步骤（3）所述气流床干燥采用脉冲气流干燥器、旋风气流干燥器、直管气流干燥机中的一种。

[0016] 优选的，步骤（4）所述激光快速烧结的激光功率为10 15W，扫描间距为0.08~ ~0.15mm，扫描速度为400 1200mm/s。
~

[0017] 由上述方法制备得到的一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉，通过将纳米铁粉预先粘合为大颗粒球，在表面包覆凝胶体，并通过激光快烧将包覆面烧结为玻璃态的微孔膜，不但具有强度，而且阻隔土壤与内核的纳米铁粉直接接触，包围铁粉降低还原效率。内核的铁粉通过快烧，粘合的海藻酸胶进一步形成微孔，使纳米铁粉的表面外露。使用时将该由玻璃态凝胶网络的纳米铁粉混合与土壤，六价铬通过玻璃态凝胶网络进入核内，与纳米铁粉接触，还原为三价铬。玻璃态凝胶网络阻止泥浆大颗粒进入核内，从而为纳米铁粉的还原提供了良好的微反应环境，同时避免了泥浆包覆铁粉造成铁粉团聚、还原效率降低的不利影响。

[0018] 本发明提供了一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了采用混合凝胶液包覆纳米铁粉球形颗粒制备用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉的方法。

[0019] 2、通过激光烧结将纳米铁粉颗粒表面包覆的凝胶将包覆面烧结为微孔膜，并进一步形成玻璃态网络结构，有效阻隔了土壤与内核的纳米铁粉直接接触，解决了纳米铁粉易团聚和已被三价铬包围的问题。

[0020] 3、通过土壤修复中，玻璃态凝胶网络为纳米铁粉的还原提供了良好的微反应环境，显著改善了纳米铁粉的还原效率。附图说明

[0021] 图1为本发明制备的由玻璃态凝胶网络的纳米铁粉的扫面电镜图。

[0022] 其中，外形为球形的微孔颗粒，外层显示为玻璃态的凝胶网络微孔，内部为纳米铁粉。

具体实施方式

[0023] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

[0024] 实施例1（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为平均直径2mm的球形颗粒料；纳米铁粉为球形纳米铁粉，平均粒径为50nm；
球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉34份、海藻胶液66份；
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；玻璃纤维为氧化钠玻璃纤维，单丝平均直径为15μm，平均长度为220mm；
混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维10份、二氧化硅凝胶液90份；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；气流床干燥采用脉冲气流干燥器；氨液的质量浓度为25%，老化时间为25min；
混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料78份、混合凝胶液22份；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉；激光快速烧结的激光功率为13W，扫描间距为0.11mm，扫描速度为800mm/s。。

[0025] 实施例1制得的玻璃态凝胶网络纳米铁粉，如附图1所示，外形为球形的微孔颗粒，外层显示为玻璃态的凝胶网络微孔，内部为纳米铁粉。将实施例1制备的玻璃态凝胶网络纳米铁粉以1:200质量比与六价铬含量为500mg/kg的土壤分散均匀，缓慢搅拌35min，六价铬去除率如表1所示。

[0026] 实施例2（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为平均直径3mm的球形颗粒料；纳米铁粉为球形纳米铁粉，平均粒径为30nm；
球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉32份、海藻胶液68份；
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；玻璃纤维为氧化钾玻璃纤维，单丝平均直径为12μm，平均长度为180mm；
混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维9份、二氧化硅凝胶液91份；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；气流床干燥采用旋风气流干燥器；氨液的质量浓度为25%，老化时间为22min；
混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料72份、混合凝胶液28份；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉；激光快速烧结的激光功率为11W，扫描间距为0.09mm，扫描速度为600mm/s。。

[0027] 将实施例2制备的玻璃态凝胶网络纳米铁粉以1:200质量比与六价铬含量为500mg/kg的土壤分散均匀，缓慢搅拌35min，六价铬去除率如表1所示。

[0028] 实施例3（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为平均直径2mm的球形颗粒料；纳米铁粉为球形纳米铁粉，平均粒径为60nm；
球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉37份、海藻胶液63份；
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；玻璃纤维为氧化钠玻璃纤维，单丝平均直径为18μm，平均长度为270mm；
混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维11份、二氧化硅凝胶液89份；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；气流床干燥采用直管气流干燥机；氨液的质量浓度为27%，老化时间为28min；
混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料83份、混合凝胶液17份；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉；激光快速烧结的激光功率为14W，扫描间距为0.13mm，扫描速度为1100mm/s。。

[0029] 将实施例3制备的玻璃态凝胶网络纳米铁粉以1:200质量比与六价铬含量为500mg/kg的土壤分散均匀，缓慢搅拌35min，六价铬去除率如表1所示。

[0030] 实施例4（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为平均直径3mm的球形颗粒料；纳米铁粉为球形纳米铁粉，平均粒径为30nm；
球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉30份、海藻胶液70份；
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；玻璃纤维为氧化钾玻璃纤维，单丝平均直径为10μm，平均长度为150mm；
混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维8份、二氧化硅凝胶液92份；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；气流床干燥采用脉冲气流干燥器；氨液的质量浓度为23%，老化时间为30min；
混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料70份、混合凝胶液30份；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉；激光快速烧结的激光功率为10W，扫描间距为0.08mm，扫描速度为400mm/s。。

[0031] 将实施例4制备的玻璃态凝胶网络纳米铁粉以1:200质量比与六价铬含量为500mg/kg的土壤分散均匀，缓慢搅拌35min，六价铬去除率如表1所示。

[0032] 实施例5（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为平均直径2mm的球形颗粒料；纳米铁粉为球形纳米铁粉，平均粒径为70nm；
球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉38份、海藻胶液62份；
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；玻璃纤维为氧化钠玻璃纤维，单丝平均直径为20μm，平均长度为300mm；
混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维12份、二氧化硅凝胶液88份；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；气流床干燥采用旋风气流干燥器；氨液的质量浓度为28%，老化时间为20min；
混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料85份、混合凝胶液15份；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉；激光快速烧结的激光功率为15W，扫描间距为0.15mm，扫描速度为1200mm/s。。

[0033] 将实施例5制备的玻璃态凝胶网络纳米铁粉以1:200质量比与六价铬含量为500mg/kg的土壤分散均匀，缓慢搅拌35min，六价铬去除率如表1所示。

[0034] 实施例6（1）将纳米铁粉与海藻胶液粘合，并团粒为平均直径3mm的球形颗粒料；纳米铁粉为球形纳米铁粉，平均粒径为60nm；
球形颗粒料中，按重量份计，其中：纳米铁粉35份、海藻胶液65份；
（2）将玻璃纤维加入二氧化硅凝胶液中，搅拌混合均匀，制得混合凝胶液；玻璃纤维为氧化钾玻璃纤维，单丝平均直径为16μm，平均长度为240mm；
混合凝胶液中，按重量份计，其中：玻璃纤维9份、二氧化硅凝胶液91份；
（3）先将步骤（1）制得的球形颗粒料分散在步骤（2）制得的混合凝胶液中，使球形颗粒料的表面均匀包覆混合凝胶液，然后通过氨液老化，气流床干燥，制得球形的凝胶包覆颗粒；气流床干燥采用直管气流干燥机；氨液的质量浓度为26%，老化时间为26min；
混合料中，按重量份计，其中：球形颗粒料80份、混合凝胶液20份；
（4）先将步骤（3）制得的凝胶包覆颗粒置于氮气氛围中，然后通过激光快速烧结，制得玻璃态凝胶网络的纳米铁粉；激光快速烧结的激光功率为2W，扫描间距为0.1mm，扫描速度为1000mm/s。。

[0035] 将实施例6制备的玻璃态凝胶网络纳米铁粉以1:200质量比与六价铬含量为500mg/kg的土壤分散均匀，缓慢搅拌35min，六价铬去除率如表1所示。

[0036] 对比例1以纳米铁粉直接作为还原剂，平均粒径为60nm。

[0037] 将纳米铁粉直接作为还原剂，以1:200质量比与六价铬含量为500mg/kg的土壤分散均匀，缓慢搅拌35min，六价铬去除率如表1所示。

[0038] 表1：

标题	发布/更新时间	阅读量
具有生物杀灭活性的玻璃态组合物粉末	2020-05-14	484
基于聚甲基共聚物的玻璃态全息存储聚合物及其制备方法	2020-05-16	694
阿德福韦酯和聚乙烯吡咯烷酮玻璃态固溶体及其制备方法	2020-05-16	631
用于金属带连铸的非晶态或玻璃态合金覆面的辊子	2020-05-17	119
稳定的玻璃态粉末制剂	2020-05-11	965
改进的玻璃态磨料体	2020-05-11	586
制备玻璃态芯预制棒的方法	2020-05-11	246
一种果蔬干制品或油炸脆片达到玻璃态贮藏条件的确定方法	2020-05-16	465
包含无定形非晶状玻璃态罗红霉素的组合物	2020-05-14	668
高玻璃态含量颗粒的瓷质花岗石	2020-05-15	629

一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法

一种用于土壤修复的玻璃态网络的纳米铁粉及制备方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：