專利名稱：含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合納米纖維氈的制備領(lǐng)域，特別涉及一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法。
背景技術(shù)：
作為生態(tài)系統(tǒng)的命脈和生命機(jī)體的重要組成，水是世界上除空氣外生命活動最必需的物質(zhì)。隨著工業(yè)化的不斷擴(kuò)大，工業(yè)廢水和生活污水的排放，水體質(zhì)量的不斷惡化，已經(jīng)危及到人類的生命健康，使水體失去了原有的生態(tài)功能和使用價值。研究表明，印染、皮革及印刷工業(yè)排放的廢水因有機(jī)物含量高、色度深、可生化性差、排放量大、水質(zhì)復(fù)雜，染料的降解產(chǎn)物多為聯(lián)苯胺類等一些致癌的芳香類化合物，會嚴(yán)重地影響人體健康，已成為當(dāng)今環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的問題之一。因此，研究者們嘗試用物理_化學(xué)和生物學(xué)方法處理工業(yè)有機(jī)廢水，現(xiàn)在使用較多的是吸附法、生物降解法、絮凝法及臭氧化處理等。然而，這些方法成本高，效率低，易產(chǎn)生二次污染，往往需要進(jìn)一步的處理。隨著納米材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，零價納米鐵(nZVI，F(xiàn)e0)因具其有比表面積大， 高表面吸附能力和化學(xué)反應(yīng)活性等優(yōu)點(diǎn)，對污染物的吸附能力和化學(xué)還原能力尤為突出， 被廣泛用于含有機(jī)氯代物、染料、重金屬等污染物廢水的修復(fù)，成為具有廣闊發(fā)展前景的納米環(huán)境修復(fù)材料。零價納米鐵的應(yīng)用大大提高了修復(fù)效果，同時減少了中間有毒副產(chǎn)物的生成。為了進(jìn)一步提高納米零價鐵的反應(yīng)活性，研究者通過將另外一種金屬如Pd、Pt、Ni、 Ag、Cu等負(fù)載到零價納米鐵顆粒表面制成Fe/Pd、Fe/Ni、Fe/Pt、Fe/Ag、Fe/Cu等鐵系雙金屬納米顆粒，不僅提高了對水中氯代有機(jī)物等污染物的處理效率，而且也延長了納米材料的使用壽命。覆蓋在零價納米鐵顆粒表面的金屬催化層可阻止鐵的氧化，同時又可作為優(yōu)良的加氫催化劑，對氫有強(qiáng)吸收作用。納米鐵表面的過渡金屬具有空軌道，能與氯代有機(jī)物中氯的P電子對或帶雙鍵有機(jī)物的電子形成過渡絡(luò)合物，降低脫氯反應(yīng)的活化能，從而大大提高了反應(yīng)速率。此外，研究證明，F(xiàn)e/M雙金屬納米顆粒對偶氮染料也具有極高的脫色效率。Bokare等人在一系列報道中證實(shí)，F(xiàn)e/Ni雙金屬納米顆?？煽焖龠€原降解橙黃G等偶氮染料，但是，其降解產(chǎn)物為苯胺、苯酚等不可降解、有毒的芳香族胺類物質(zhì)，此類物質(zhì)在反應(yīng)過程中吸附到Fe/Ni雙金屬納米顆粒表面，需通過高級氧化技術(shù)(AOPs)或生物降解等進(jìn)一步處理。這也就要求Fe/Ni雙金屬顆粒能夠有效回收，防止造成二次污染。所以，尋求一種具有高比表面積的連續(xù)介質(zhì)作為Fe/Ni雙金屬納米顆粒的載體材料，開發(fā)新型高效、 無二次污染的水凈化材料則是環(huán)境修復(fù)材料的研究方向。史向陽等于2008年開始關(guān)注利用聚合物納米纖維氈為模板原位合成金屬納米顆粒。已經(jīng)申請了基于帶負(fù)電荷的高分子聚合物聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAA)為主體材料的專利“功能性零價納米鐵/聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈的原位制備方法”(公開號 CN101445291A，
公開日2009年06月03日)和“含有鐵鈀雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法”(公開號102174730A，
公開日2011年09月07日)。檢索國內(nèi)外有關(guān)納米鐵鎳雙金屬顆粒方面的文獻(xiàn)和專利結(jié)果表明還沒有發(fā)現(xiàn)以聚丙烯酸為主體高分子的靜電紡納米纖維氈納米反應(yīng)器來制備和固定納米鐵鎳顆粒用于水污染處理的研究報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，該方法簡便易操作、環(huán)境污染小，成本低，原料易回收，制備的纖維氈有效地固定了鐵鎳雙金屬納米顆粒，金屬納米顆粒在纖維中分散均勻，防止了在實(shí)際應(yīng)用中對水體造成二次污染，利于進(jìn)一步的處理和利用，具有廣泛的實(shí)施前景。本發(fā)明的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，包括(1)以去離子水為溶劑，配制聚丙烯酸(PAA)/聚乙烯醇(PVA)聚電解質(zhì)混合溶液， 其中聚丙烯酸與聚乙烯醇的重量比為1 1 2，聚丙烯酸和聚乙烯醇的總重量濃度12%;(2)以上述的聚丙烯酸/聚乙烯醇聚電解質(zhì)混合溶液為紡絲原液進(jìn)行靜電紡絲， 得到納米纖維氈，然后于120 145°C熱交聯(lián)處理30 45min，得到水穩(wěn)定性納米纖維氈；(3)將上述的水穩(wěn)定性納米纖維氈浸入可溶性二價鐵鹽溶液中3 4h后，用去離子水漂洗后再浸入NaBH4或KBH4溶液中20-40min，然后用去離子水漂洗，再浸入可溶性鎳鹽溶液中1 2h后，去離子水漂洗，真空干燥，即得含有核_殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈；或?qū)⑸鲜龅乃€(wěn)定性納米纖維氈浸入可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液中3 4h，用去離子水漂洗后再浸入NaBH4或KBH4溶液中20-40min，然后去離子水漂洗，真空干燥，即得含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈。步驟(2)中所述靜電紡絲工藝參數(shù)為紡絲電壓16. 6kV，流速0. 5mL/h，接收距離 25em,濕度40 60 %，溫度20 25°C。步驟(3)中所述的NaBH4或KBH4溶液、可溶性二價鐵鹽溶液、可溶性鎳鹽溶液、可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液中的溶劑均為去離子水。步驟(3)中所述可溶性鐵鹽為FeCl2 · 4H20，可溶性鎳鹽為NiCl2 · 6H20。步驟(3)中所述的可溶性二價鐵鹽溶液的摩爾濃度為0. 15-0. 20M，可溶性鎳鹽溶液的摩爾濃度0. 040-0. 050M。步驟(3)中所述的NaBH4或KBH4溶液的摩爾濃度為可溶性二價鐵鹽溶液摩爾濃度的4 6倍。步驟(3)中所述的可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液中可溶性二價鐵鹽的摩爾濃度為0. 15-0. 20M。步驟(3)中所述的去離子水漂洗中漂洗的次數(shù)為2 3次，每次3 5min。步驟(3)中所述的將納米纖維氈浸入溶液時，納米纖維氈與可溶性二價鐵鹽溶液、NaBH4或KBH4溶液、可溶性鎳鹽溶液或可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液的質(zhì)量體積比為 0. 5-1. 5mg/mL。使用SEM (掃描電子顯微鏡)、EDS (能量分散譜)、TEM (透射電子顯微鏡)、TGA (熱重分析)、ICP-AES (電感耦合等離子體_原子發(fā)射光譜)、FTIR(傅里葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜) 和橙黃G脫色試驗(yàn)表征本發(fā)明獲得的含鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的結(jié)果分別如下
(I)SEM的測試結(jié)果SEM的測試結(jié)果表明固定了鐵鎳雙金屬納米顆粒的納米纖維氈形貌優(yōu)良，纖維光滑均勻，具有大量孔隙結(jié)構(gòu)，負(fù)載核_殼結(jié)構(gòu)雙金屬納米顆粒的纖維的平均直徑為 248nm，且集中分布在200 300nm之間，參見說明附圖1。負(fù)載合金納米顆粒的纖維的平均直徑為245nm，集中分布在200 300nm之間，參見說明書附圖2。(2) EDS的測試結(jié)果EDS的測試結(jié)果證實(shí)了鐵、鎳元素分布在靜電紡納米纖維氈中，參見附圖3、4。(3) TEM測試結(jié)果TEM測試結(jié)果表明核-殼結(jié)構(gòu)和合金鐵鎳雙金屬納米顆粒的粒徑范圍均在 0. 4-2. 4nm范圍內(nèi)，平均粒徑分別為1. Inm和1. 5nm，參見說明書附圖5、6。(4) TGA測試結(jié)果TGA測試結(jié)果表明，在空氣氛圍下，僅含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的纖維氈在400 500°C被分解，分解產(chǎn)物為鐵和鎳的氧化物，由此計(jì)算得核-殼結(jié)構(gòu)和合金鐵鎳雙金屬納米顆粒在纖維氈中的含量分別在14. 96 16. 81%和22. 96 25. 79%范圍內(nèi)。需要注意的是，纖維氈燃燒后剩下的是鐵的氧化物和鎳的氧化物，以核-殼結(jié)構(gòu)的為例，質(zhì)量殘余為 21.39%，因?yàn)椴恢榔渲蠪e跟Ni的比例，只能假定只有Fe或只有Ni，給出一個范圍。下一步的ICP-AES測試可以進(jìn)一步對納米金屬的含量進(jìn)行精確定量。(5) ICP-AES 測試結(jié)果ICP-AES測試結(jié)果表明鐵、鎳兩種金屬在負(fù)載核_殼結(jié)構(gòu)和合金鐵鎳雙金屬納米顆粒的纖維中含量分別為:Fe-5. 73%, Ni-9. 88%和Fe-20. 57%, Ni-2. 75%，參見說明書附圖7。(6)紅外光譜測試結(jié)果紅外光譜測定結(jié)果表明，絡(luò)合了鐵鎳雙金屬納米顆粒的納米纖維在1710CHT1處羧基吸收峰和文獻(xiàn)報道的不含納米顆粒的PAA/PVA納米纖維相比發(fā)生了較大偏移(Xiao et al. J. Phys. Chem. 2009，113，18062-18068)，表明羧基官能團(tuán)與納米粒子具有很強(qiáng)的相互作用，參見說明書附圖8。(7)橙黃G脫色試驗(yàn)橙黃G脫色試驗(yàn)結(jié)果表明，三種纖維氈均具有較好的脫色效果。在使用含相同摩爾濃度金屬納米顆粒的纖維氈處理橙黃G溶液的情況下，含有鎳納米顆粒的纖維氈的脫色速率要明顯快于僅含零價納米鐵顆粒的纖維氈。含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈因含還原劑零價鐵量較少，脫色效果明顯差于含鐵鎳合金納米顆粒的纖維氈，參見說明書附圖9、10。本發(fā)明采用原位還原的方法將鐵鎳雙金屬納米顆粒固定在PAA/PVA納米纖維氈上，得到均勻分散在纖維中的零價納米金屬顆粒，可有效應(yīng)用于各種染料、重金屬離子以及有機(jī)氯代物的脫除，且制備工藝簡便易操作，有極大的產(chǎn)業(yè)化前景。以靜電紡絲技術(shù)制備的具有高表面積、高空隙率的聚電解質(zhì)納米纖維為載體，原位制備含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，本發(fā)明涉及了三個基本原理(1)利用靜電紡絲的原理使聚電解質(zhì)溶液在高壓的作用下帶電并形成錐形射流，帶電的射流在電場力的作用下受到牽伸細(xì)化形成納米纖維，最終以纖維氈的形式沉積在接收板上；(2)利用化學(xué)還原的方法使Fe2+和Ni2+在強(qiáng)還原劑NaBH4或KBH4的作用下還原形成零價的納米鐵、鎳顆粒；(3)利用零價鐵將Ni2+從其鹽溶液中置換出來，形成零價的鎳，得到核_殼納米結(jié)構(gòu)。有益效果(1)本發(fā)明的纖維氈具有比表面積大，孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，金屬納米顆粒在纖維上分布均勻，沒有發(fā)生大量顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，有效地固定了鐵鎳雙金屬納米顆粒，利于回收處理和再利用，防止了在實(shí)際應(yīng)用中對水體造成二次污染。(2)本發(fā)明的制備過程簡便，具有工業(yè)化實(shí)施前景。


圖1為本發(fā)明制備的含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的 SEM 圖；圖2為本發(fā)明制備的含有鐵鎳合金納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的SEM圖；圖3為本發(fā)明制備的含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的 EDS譜圖；圖4為本發(fā)明制備的含有鐵鎳合金納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的EDS譜圖；圖5為本發(fā)明制備的含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的 TEM 圖；圖6為本發(fā)明制備的含有鐵鎳合金納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的TEM圖；圖7為本發(fā)明制備的含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的TGA圖，其中， (a)為含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈，(b)為含有鐵鎳合金納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈；圖8為本發(fā)明制備的含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的FTIR圖，其中，(a)為含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈，(b)為含有鐵鎳合金納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈；圖9為本發(fā)明制備的含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈對橙黃G的脫色試驗(yàn)結(jié)果，其中，(a)使用的是含有零價納米鐵顆粒的復(fù)合納米纖維氈，(b)使用的是含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈，(c)使用的是含有鐵鎳合金納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈，(d)為使用三種材料處理OG在不同時間點(diǎn)的溶液圖片；圖10為加入本發(fā)明制備的含金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈在不同時間點(diǎn)時橙黃G濃度與初始濃度比值隨時間變化的關(guān)系曲線，其中，(a)使用的是含有零價納米鐵顆粒的復(fù)合納米纖維氈，(b)使用的是含有核-殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈， (c)使用的是含有鐵鎳合金納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1以重量比1 1的比例配成PAA/PVA兩種聚合物總濃度為12%的IOmL聚電解質(zhì)混合溶液；設(shè)置紡絲條件為電壓16. 6kV，流速0. 5mL/h，接收距離25cm，濕度40 60%，溫度20 25°C。紡絲過程中，納米纖維沉積到鋁箔上形成纖維氈；將纖維氈在145°C的條件下熱交聯(lián)處理30min，得到水穩(wěn)定性良好的纖維氈。取1. 7894克FeCl2 · 4H20，溶于去離子水中，磁力攪拌使之充分溶解均勻，配制成摩爾濃度為0. 18mol/L的綠色的Fe2+鹽溶液50mL ；取0. 5348克NiCl2 · 6H20，溶于50mL去離子水中，磁力攪拌使之充分溶解均勻，配制成濃度為0. 045mol/L的綠色的M2+鹽溶液；取 1. 7780克NaBH4，溶于去離子水中，玻璃棒攪拌數(shù)分鐘，配制成摩爾濃度為0. 94mol/L的溶液 50mLo將上述水穩(wěn)定性良好的纖維氈浸在配制的濃度為0. 18mol/L的Fe2+鹽溶液中，纖維氈的質(zhì)量與所取的Fe2+鹽溶液體積比例配置為lmg/mL ；3h后取出，在去離子水中漂洗3 次，每次3min，纖維氈由白色變?yōu)辄S綠色；將黃綠色的纖維氈浸泡在摩爾濃度為0. 94mol/L 的NaBH4溶液中(原始纖維氈的質(zhì)量與NaBH4溶液的體積比為lmg/mL)，瞬時有黑色物質(zhì)產(chǎn)生，伴隨有大量氣泡，繼續(xù)浸泡20-40min至無氣泡產(chǎn)生。將纖維氈取出，用去離子水漂洗3 次，每次3min。然后再將纖維氈浸入0. 045mol/L的Ni2+鹽溶液中，Ih后取出，再用去離子水漂洗3次，每次3min ；得到含有核-殼結(jié)構(gòu)的鐵鎳雙金屬納米顆粒的聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈，將其在真空干燥箱中干燥24小時后，置于真空干燥器中保存。SEM的測試結(jié)果表明含有核_殼結(jié)構(gòu)的鐵鎳雙金屬納米顆粒的纖維表面光滑， 纖維表面有少量團(tuán)聚的納米顆粒，纖維平均直徑為248士44nm(圖1) ；EDS結(jié)果表明復(fù)合纖維氈中存在鐵、鎳元素(圖3)；通過空氣氣氛下對復(fù)合纖維氈的TGA測試和ICP-AES測試結(jié)果表明鐵、鎳兩種金屬在負(fù)載核_殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的纖維中含量分別為 Fe-5. 73%,Ni-9. 88% (圖7) ；TEM分析表明，纖維中的鐵鎳雙金屬納米顆粒粒徑在0. 8 1. 5nm范圍內(nèi)，平均粒徑為1. 1 士0. 3nm(圖5)。實(shí)施例2以重量比1 1的比例配成PAA/PVA兩種聚合物總濃度為12%的IOmL聚電解質(zhì)混合溶液；設(shè)置紡絲條件為電壓16. 6kV，流速0. 5mL/h，接收距離25cm，濕度40 60%，溫度20 25°C。紡絲過程中，納米纖維沉積到鋁箔上形成纖維氈；將纖維氈在145°C的條件下熱交聯(lián)處理30min，得到水穩(wěn)定性良好的纖維氈。取1. 7894克FeCl2 ·4Η20和0. 5348克NiCl2 ·6Η20，溶于去離子水中，磁力攪拌使之充分溶解均勻，配制成綠色的含0. 18mol/L的Fe2+和0. 045mol/L Ni2+鹽的混合溶液50mL。 取1. 7780克NaBH4，溶于去離子水中，玻璃棒攪拌數(shù)分鐘，配制成濃度為0. 94mol/L的溶液 5 OmL ο將上述水穩(wěn)定性良好的纖維氈浸泡在配制的Fe2+和Ni2+鹽的混合溶液中，纖維氈的質(zhì)量與所取的混合溶液體積比例為lmg/mL ；3h后取出纖維氈，去離子水漂洗3次，每次 3min，纖維氈由白色變?yōu)辄S綠色；將黃綠色的纖維氈浸泡在摩爾濃度為0. 94mol/L的NaBH4溶液中(原始纖維氈的質(zhì)量與NaBH4溶液的體積比為lmg/mL)，瞬時有黑色物質(zhì)產(chǎn)生，伴隨有大量氣泡，繼續(xù)浸泡20-40min至無氣泡產(chǎn)生；將纖維氈取出，用去離子水漂洗3次，每次 3min ；得到含有鐵鎳合金納米顆粒的聚電解質(zhì)復(fù)合纖維氈，將其在真空干燥箱中干燥24h 后置于真空干燥器中保存。SEM的測試結(jié)果表明含有鐵鎳合金納米顆粒的纖維表面光滑，纖維表面沒有納米顆粒團(tuán)聚，纖維平均直徑為245士48nm(圖2)。EDS結(jié)果表明復(fù)合纖維氈中存在鐵、鎳元素(圖4)。通過空氣氣氛下對復(fù)合纖維氈的TGA測試和ICP-AES測試結(jié)果表明鐵、鎳兩種金屬在負(fù)載鐵鎳合金納米顆粒的纖維中含量分別為Fe-20.57%，Ni_2.75%。TEM分析表明，纖維中的鐵鎳雙金屬納米顆粒粒徑在0. 8 2. Onm范圍內(nèi)，平均粒徑為1. 5士0. 3nm。實(shí)施例4為了驗(yàn)證所制備的含鐵鎳雙金屬納米顆粒復(fù)合纖維氈在環(huán)境修復(fù)方面的增強(qiáng)作用，選取紡織印染工業(yè)中的典型有機(jī)偶氮染料橙黃G(Orange G, OG)作為模型污染物。配置濃度為150mg/L的橙黃G溶液30mL，pH值為5. 8。將實(shí)施例1、實(shí)施例2和對比例1制備的三種納米纖維氈分別放入配置好的3份橙黃G的溶液中，保持反應(yīng)體系中金屬納米顆粒的摩爾濃度為9mmol/L，磁力攪拌下對橙黃G溶液進(jìn)行脫色處理，整個反應(yīng)在常溫下進(jìn)行。在預(yù)定的時間點(diǎn)，從反應(yīng)體系中取ImL樣品，用Lambda-25UV-viS分光光度計(jì)測試ο橙黃G脫色試驗(yàn)結(jié)果表明，三種纖維氈均具有較好的脫色效果。在使用含相同摩爾濃度金屬納米顆粒的纖維氈處理橙黃G溶液情況下，含有鐵鎳合金納米顆粒的纖維氈的脫色速率要明顯快于僅含零價納米鐵顆粒的纖維氈。含有核_殼結(jié)構(gòu)鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈因還原劑零價鐵量較少，脫色效果明顯差于含鐵鎳合金納米顆粒的纖維氈(圖 9，10)。對比例1以重量比1 1的比例配成PAA/PVA兩種聚合物總濃度為12%的IOmL聚電解質(zhì)混合溶液；設(shè)置紡絲條件為電壓16. 6kV，流速0. 5mL/h，接收距離25cm，濕度40 60%，溫度20 25°C。紡絲過程中，納米纖維沉積到鋁箔上形成纖維氈；將纖維氈在145°C的條件下熱交聯(lián)處理30min，得到水穩(wěn)定性良好的纖維氈。取1. 7894克FeCl2 · 4H20，溶于去離子水中，磁力攪拌使之充分溶解均勻，配制成濃度為0. 18mol/L的綠色的Fe2+鹽溶液50mL ；取1. 7780克NaBH4，溶于去離子水中，玻璃棒攪拌數(shù)分鐘，配制成濃度為0. 94mol/L的溶液50mL ；取上述水穩(wěn)定性良好的纖維氈浸泡在濃度為0. 18mol/L的Fe2+鹽溶液中，纖維氈的質(zhì)量與所取的Fe2+鹽溶液體積比例為lmg/mL ；浸泡3h后取出，在去離子水中漂洗3次， 每次3min，纖維氈由白色變成黃綠色；將黃綠色的纖維氈浸泡在摩爾濃度為0. 94mol/L的 NaBH4溶液中(原始纖維氈的質(zhì)量與NaBH4溶液的體積比為lmg/mL)，纖維氈上瞬時有黑色物質(zhì)產(chǎn)生，伴隨有大量氣泡，繼續(xù)浸泡20-40min至無氣泡產(chǎn)生；將纖維氈取出，用去離子水漂洗3次，每次3min ；真空干燥保存；得到含有零價納米鐵顆粒的靜電紡納米纖維氈，在脫色試驗(yàn)中作為對照材料。
權(quán)利要求
1.一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，包括(1)以去離子水為溶劑，配制聚丙烯酸/聚乙烯醇聚電解質(zhì)混合溶液，其中聚丙烯酸與聚乙烯醇的重量比為1 1 2，聚丙烯酸和聚乙烯醇的總重量濃度12% ；(2)以上述的聚丙烯酸/聚乙烯醇聚電解質(zhì)混合溶液為紡絲原液進(jìn)行靜電紡絲，得到納米纖維氈，然后于120 145°C熱交聯(lián)處理30 45min，得到水穩(wěn)定性納米纖維氈；(3)將上述的水穩(wěn)定性納米纖維氈浸入可溶性二價鐵鹽溶液中3 4h后，用去離子水漂洗后再浸入NaBH4或KBH4溶液中20-40min，然后用去離子水漂洗，再浸入可溶性鎳鹽溶液中1 2h后，去離子水漂洗，真空干燥，即得；或?qū)⑸鲜龅乃€(wěn)定性納米纖維氈浸入可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液中 3 4h，用去離子水漂洗后再浸入NaBH4或KBH4溶液中20-40min，然后去離子水漂洗，真空干燥，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述靜電紡絲工藝參數(shù)為紡絲電壓16. 6kV，流速0. 5mL/h，接收距離25cm，濕度40 60 %，溫度20 25°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的NaBH4或KBH4溶液、可溶性二價鐵鹽溶液、可溶性鎳鹽溶液、可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液中的溶劑均為去離子水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述可溶性鐵鹽為FeCl2 · 4H20，可溶性鎳鹽為NiCl2 · 6H20o
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的可溶性二價鐵鹽溶液的摩爾濃度為0. 15-0. 20M，可溶性鎳鹽溶液的摩爾濃度0. 040-0. 050M。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的NaBH4或KBH4溶液的摩爾濃度為可溶性二價鐵鹽溶液摩爾濃度的4 6倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液中可溶性二價鐵鹽的摩爾濃度為0. 15-0. 20M。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的去離子水漂洗中漂洗的次數(shù)為2 3次，每次3 5min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的將納米纖維氈浸入溶液時，納米纖維氈與可溶性二價鐵鹽溶液、NaBH4或KBH4溶液、可溶性鎳鹽溶液或可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液的質(zhì)量體積比為0. 5-1. 5mg/mL。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有鐵鎳雙金屬納米顆粒的復(fù)合納米纖維氈的制備方法，包括(1)配制聚丙烯酸/聚乙烯醇聚電解質(zhì)混合溶液；(2)以上述的聚丙烯酸/聚乙烯醇聚電解質(zhì)混合溶液為紡絲原液進(jìn)行靜電紡絲，得到納米纖維氈，然后熱交聯(lián)處理，得到水穩(wěn)定性納米纖維氈；(3)將上述的水穩(wěn)定性納米纖維氈浸入可溶性二價鐵鹽溶液中，還原后，再浸入可溶性鎳鹽溶液中，漂洗干燥，即得；或?qū)⑸鲜龅乃€(wěn)定性納米纖維氈浸入可溶性二價鐵鹽和可溶性鎳鹽的混合溶液中，漂洗后還原，最后漂洗干燥，即得。本發(fā)明的纖維氈比表面積大，孔隙率高，有效地固定了鐵鎳雙金屬納米顆粒，在處理有機(jī)物廢水時有效地防止二次污染；本發(fā)明的制備簡便，具有工業(yè)化實(shí)施前景。
文檔編號D06M101/24GK102433734SQ201110300630
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者史向陽, 馬慧, 黃云鵬 申請人:東華大學(xué)