納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法。更詳細(xì)而言，涉及在核區(qū)域具備納米零價(jià)鐵，在殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)(lipids)，從而能夠抑制因親水性的無機(jī)離子而形成氧化膜，并防止自然有機(jī)物在納米零價(jià)鐵表面沉積，抑制納米零價(jià)鐵的反應(yīng)性下降，增加對(duì)疏水性氯化有機(jī)化合物的選擇反應(yīng)性，提高特定氯化有機(jī)化合物的分解特性的納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，在環(huán)境污染物質(zhì)的處理方面，納米技術(shù)的應(yīng)用十分活躍。其中，利用納米零價(jià)鐵(nanoscale zero-valent iron)的氯化有機(jī)化合物的還原性清除技術(shù)在水處理領(lǐng)域得到了活躍的研究。利用納米零價(jià)鐵的氯化有機(jī)化合物的處理利用了在厭氧性條件下發(fā)生的化學(xué)性還原反應(yīng)，在使殘留性久、毒性高且具有難分解性的特性的諸如氯酹(chloropenols)等氯化有機(jī)化合物脫氯(dechlorinat1n)而實(shí)現(xiàn)無害化方面具有效果。特別是納米零價(jià)鐵，與現(xiàn)有的微米大小的零價(jià)鐵相比，在相同的質(zhì)量時(shí)，具有較高的比表面積，因而對(duì)污染物質(zhì)的反應(yīng)性高，隨著納米技術(shù)的發(fā)展而倍受矚目(C.B.Wang, W.X.Zhang,Synthesizing nanoscale iron particles for rapid and completedechlorinat1n of TCE and PCBsj Environmental Science&Technology，31 (1997)2154-2156)。但是，納米零價(jià)鐵在應(yīng)用于除氯化有機(jī)化合物之外有多種有機(jī)無機(jī)化合物共存的實(shí)際水處理工序時(shí)存在局限。
[0003]納米零價(jià)鐵不能僅與氯化有機(jī)化合物，還能夠與多種有機(jī)無機(jī)化合物反應(yīng)。在氯化有機(jī)化合物與其它有機(jī)無機(jī)化合物共存的水系中，因并非對(duì)象污染物質(zhì)的其它化合物而消耗了納米零價(jià)鐵的反應(yīng)性，從而會(huì)降低對(duì)作為實(shí)際清除對(duì)象的氯化有機(jī)化合物的反應(yīng)性。最具代表性的可以列舉納米零價(jià)鐵與大氣及溶解氧反應(yīng)的情形。如果納米零價(jià)鐵暴露于氧中，則在納米零價(jià)鐵的表面急劇形成氧化膜，反應(yīng)性大幅減小。
[0004]此外，多種有機(jī)無機(jī)化合物和氯化有機(jī)化合物的共存，使納米零價(jià)鐵對(duì)氯化有機(jī)化合物的反應(yīng)性減小。已知硝酸鹽(no3_)是容易被納米零價(jià)鐵還原的代表性無機(jī)物質(zhì)，當(dāng)以3mM以上的濃度同時(shí)存在時(shí)，將使納米零價(jià)鐵對(duì)氯化有機(jī)化合物的反應(yīng)性急劇下降。有報(bào)告稱，地下水及污水中經(jīng)常存在的無機(jī)離子(Cl' HC03_、SO42' HPO42-)也使得在納米零價(jià)鐵的表面形成氧化膜，減小對(duì)氯化有機(jī)化合物的反應(yīng)性。另外還報(bào)告了在腐植酸(humicacid)存在一種以上時(shí)，氯化有機(jī)化合物(氯酹等)的清除率下降的研究結(jié)果(JuhaniPeuravuorij Nina Paasoj Kalevi Pihlajaj Sorpt1n behav1ur of some chlorophenolsin lake aquatic humic matter，Talanta，56(2002)523-538)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]非專利文獻(xiàn)
[0007]非專利文獻(xiàn)I:C.B.Wang, ff.X.Zhang, Synthesizing nanoscale iron particlesfor rapid and complete dechlorinat1n of TCE and PCBsj Environmental Science&Technology, 31(1997)2154-2156.
[0008]非專利文獻(xiàn)2: Juhan i Peuravuor i, Nina Paaso, KaleviPihlaja,Sorpt1n behav1ur of some chlorophenols in lake aquatic humicmatter, Talanta, 56(2002)523-538.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明正是為了解決如上所述的問題而研發(fā)的，涉及一種在核區(qū)域具備納米零價(jià)鐵，在殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)(lipids)，從而能夠抑制因親水性的無機(jī)離子而形成氧化膜，并防止自然有機(jī)物在納米零價(jià)鐵表面沉積，抑制納米零價(jià)鐵的反應(yīng)性下降，增加對(duì)疏水性氯化有機(jī)化合物的選擇反應(yīng)性，提高特定氯化有機(jī)化合物的分解特性的納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法。
[0010]為達(dá)成所述目的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體包括:納米零價(jià)鐵被固定化的第一藻酸鹽珠；以及在所述第一藻酸鹽珠表面上具備且脂質(zhì)(lipids)被固定化的第二藻酸鹽珠。
[0011]另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體制造方法包括:將分散有納米零價(jià)鐵的藻酸鹽水溶液滴加于固化溶液中進(jìn)行固化，制造納米零價(jià)鐵被固定化的第一藻酸鹽珠的步驟；將所述第一藻酸鹽珠投入分散有脂質(zhì)的藻酸鹽水溶液，在所述第一藻酸鹽珠表面上形成水溶液層的步驟；以及將形成有所述水溶液層的第一藻酸鹽珠滴加于固化溶液，使所述水溶液層固化成脂質(zhì)被固定化的第二藻酸鹽珠形態(tài)，制造由核區(qū)域與殼區(qū)域構(gòu)成的復(fù)合體，所述核區(qū)域由第一藻酸鹽珠構(gòu)成，所述殼區(qū)域由在所述第一藻酸鹽珠表面上形成的第二藻酸鹽珠構(gòu)成。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述制造納米零價(jià)鐵被固定化的第一藻酸鹽珠的步驟的所述分散有納米零價(jià)鐵的藻酸鹽水溶液可以以包括如下步驟的方法制造:混合藻酸鹽粉末與蒸懼水，制造I?5w/v%濃度的藻酸鹽水溶液的步驟；以及使納米零價(jià)鐵在所述藻酸鹽水溶液內(nèi)分散的步驟。另外，在所述第一藻酸鹽珠表面上形成水溶液層的步驟的所述分散有脂質(zhì)的藻酸鹽水溶液可以以包括如下步驟的方法制造:混合藻酸鹽粉末與蒸餾水，制造I?5w/v%濃度的藻酸鹽水溶液的步驟；以及使脂質(zhì)在所述藻酸鹽水溶液內(nèi)分散的步驟。
[0013]一個(gè)實(shí)施方式的所述固化溶液為3?4w/v%濃度的氯化鈣(CaCl2)水溶液。另外，作為一個(gè)實(shí)施例，所述分散有納米零價(jià)鐵的藻酸鹽水溶液的所述藻酸鹽粉末與納米零價(jià)鐵的質(zhì)量比為1:1，所述分散有脂質(zhì)的藻酸鹽水溶液的所述藻酸鹽粉末與脂質(zhì)的質(zhì)量比為1:1的質(zhì)量比。所述脂質(zhì)可以是油酸或三油酸甘油酯。
[0014]本發(fā)明的納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體及其制造方法具有如下效果。
[0015]使納米零價(jià)鐵在核區(qū)域固定化，使疏水性的脂質(zhì)在殼區(qū)域被覆，通過對(duì)親水性有機(jī)無機(jī)化合物(無機(jī)離子、自然有機(jī)物)的無差別的反應(yīng)，能夠防止納米零價(jià)鐵的反應(yīng)性下降。同時(shí)，使疏水性污染物質(zhì)選擇性地吸附，從而能夠提高納米零價(jià)鐵對(duì)疏水性污染物質(zhì)的分解效率。另外，以藻酸鹽珠形態(tài)構(gòu)成復(fù)合體，因而能夠容易地回收納米零價(jià)鐵。
【附圖說明】
[0016]圖1是用于說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體的制造方法的流程圖。
[0017]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的納米零價(jià)鐵與脂質(zhì)基的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體的模式圖。
[0018]圖3a及圖3b是表示本發(fā)明的復(fù)合體(AOAI)與對(duì)照組(Al)是否含有脂質(zhì)的FT-1R結(jié)果。
[0019]圖4a及圖4b是表示在硝酸鹽及腐植酸共存的情況和不共存的情況下，使本發(fā)明的復(fù)合體(AOAI)和對(duì)照組(Al)分別與TCP反應(yīng)時(shí)，TCP的根據(jù)時(shí)間的清除量的影響的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明涉及通過納米零價(jià)鐵(nanosize zero valent iron)使氯化有機(jī)化合物分解的復(fù)合體，提出一種能夠抑制親水性有機(jī)無機(jī)化合物與納米零價(jià)鐵之間的反應(yīng)，防止納米零價(jià)鐵的反應(yīng)性下降現(xiàn)象，并提高具有疏水性的氯化有機(jī)化合物的吸附特性，最終使氯化有機(jī)化合物的分解效率實(shí)現(xiàn)最大化的技術(shù)。
[0021]用于防止納米零價(jià)鐵的氧化及反應(yīng)性下降現(xiàn)象的最有效方法，是切斷納米零價(jià)鐵與親水性有機(jī)無機(jī)污染物質(zhì)的直接接觸，為此，本發(fā)明提出核殼(core-shell)結(jié)構(gòu)的復(fù)合體。所述復(fù)合體在核區(qū)域具備納米零價(jià)鐵，在包圍核區(qū)域的殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)(lipids)，使納米零價(jià)鐵不露出于外部，從而能夠防止納米零價(jià)鐵因與親水性無機(jī)離子的接觸而氧化，防止因自然有機(jī)物在納米零價(jià)鐵表面沉積而導(dǎo)致與疏水性氯化有機(jī)化合物的反應(yīng)性下降的現(xiàn)象。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，所述核區(qū)域的納米零價(jià)鐵與殼區(qū)域的脂質(zhì)形成分別固定于藻酸鹽珠內(nèi)的形態(tài)。即，納米零價(jià)鐵在第一藻酸鹽珠內(nèi)固定化而形成核區(qū)域，脂質(zhì)在第二藻酸鹽珠內(nèi)固定化而形成殼區(qū)域。由于第一藻酸鹽珠和第二藻酸鹽珠的雙重層結(jié)構(gòu)，能夠明確區(qū)分具備納米零價(jià)鐵的區(qū)域與具備脂質(zhì)的區(qū)域，藻酸鹽珠形成復(fù)合體的外形，因而提高了應(yīng)用于水處理工序后的回收容易性。
[0023]在水系中，除四氯乙烯(PCE)、五氯酚(PCP)、艾氏劑、六氯苯(HCB)等水-辛醇分配系數(shù)高的氯化有機(jī)化合物之外，還包含多樣的有機(jī)無機(jī)化合物，氯化有機(jī)化合物具有疏水性，相反，在水系中存在的大部分有機(jī)無機(jī)化合物(no3_、Cl' hco3_、so42_、hpo42_、腐植酸)具有未水性。
[0024]就根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體而言，由于在殼區(qū)域具備具有疏水性的脂質(zhì)，因而親水性有機(jī)無機(jī)化合物的吸附被抑制，只有具有疏水性的氯化有機(jī)