[01265876]一种核壳结构银包铁纳米粉体材料的制备方法

题来源与背景

零价铁具有化学性质活泼、电负性大（标准电极电位为E0（Fe2+/Fe）＝-0.440V），还具备能力强、反应速度快等特点，同时金属铁来源丰富、价格便宜，不会对环境产生二次污染。因此，自上世纪八十年代以来，零价铁被广泛应用于地下水的原位修复，如快速还原水中的有机卤代烃、硝基芳香烃、农药、硝酸盐以及重金属污染等。

纳米铁粉的特点

与普通铁粉相比，纳米铁粉比表面积大、表面能高、反应活性强、降解污染物速度快，尤其是在污染物浓度较低时，其去除污染物的能力大大强于普通铁粉;另一方面由于纳米铁粒径小，易于在地下水中流动迁移，且其呈悬浮状态存在于水溶液中，长时间与污染物接触反应，故将纳米铁泥浆直接注入地下含水层中，有望为地下水的原位修复提供一条新的途径。

纳米铁技术的限制

然而在实际应用中纳米铁颗粒存在制备成本高、活性高、极易团聚、在空气中容易氧化甚至自燃等缺点，这些都使得其处理污染物的操作条件苛刻，且在对地下水原位修复时易受到土壤截留、吸附以及沉积作用，不易到达污染区。这些都限制了零价纳米铁技术的进一步发展。

针对上述问题，许多研究者尝试开发功能化核壳结构的纳米铁材料，如在纳米铁 表面包覆一层不活泼的金属铜、镍、银等，形成Cu/Fe、Ni/Fe、Ag/Fe等核壳型纳米铁材料。

它们不仅保留了核层 纳米铁金属的物理化学性能，同时还具有壳层金属的特性，既防止了纳米铁的团聚、增强了 抗氧化性，又能保持其活性，提高其在地下含水层的迁移、过滤能力。

核壳结构纳米铁材料的制备方法很多，有气相法、液相法、固相法和交叉的综合方 法。

其中，固相法虽然工艺简单、可操作性强，但是颗粒的大小不好控制，容易发生团聚，且 易氧化和引入杂质;

液相法主要有还原化学镀法、多元醇还原法和置换法等，但是不管哪种 液相法都存在工艺流程多，需要多次洗涤、过滤，所制颗粒容易团聚、不利于产品性能的稳 定等缺点;

综合法大多存在工艺复杂、不易控制等缺点。

气相法虽然对设备的要求高，但易 制备出粒度分布均匀、性能稳定的产品，适合工业化批量生产。

技术原理及性能指标

本发明的基本原理是：采用电弧放电产生等离子体的制备技术，等离子体主要是 电离了氩气的气体，其由电子、离子和中性粒子组成。

其中电子和离子的总数相等，因而作 为整体是电中性的。

当等离子体一旦出现电荷分离，立刻会产生巨大的电场电子能量很大、温度很高，能够将绝大多数材料在瞬间变成气态物质;当等离子体变成常态时，温度骤降，这为二元核壳型粉体的成核提供了条件。

铁的熔点为1535℃、银的熔点为960.7℃，在降温过程中，熔点较高的铁蒸气先冷凝为固态，由于纳米粒子的粒径小、比表面积大、表面能高，极易吸附气态的银来降低表面能。当温度降至银的熔点以下时，就形成了核壳结构的银包铁纳米粉体。

技术的创造性与先进性本发明克服先有技术的不足，提供一种重复性好、产品性能稳定、工艺简单且环境友好的适用于地下水原位修复领域的核壳结构银包铁纳米粉的方法。

技术的成熟程度，适用范围和安全性该方法制备的核壳结构银包铁纳米粉体材料纯度高、粒度小、产率大、质量稳定、抗氧化能力强，适合大规模工业生产;本发明克服了液相法中常用的化学还原法和置换法制备过程中工艺流程多，后续产品需要多次洗涤、过滤等，反应后的残余残留容易对环境产生污染，所制颗粒容易团聚等缺点，而本发明产品的重复性、稳定性大大优于现有技术;本发明所提供的制备方法，工艺简单，易于控制，且对环境无污染，绿色环保。

⑤应用情况及存在的问题。目前该方法还没有应用，可能的情况是该技术没有得到广泛的宣传。

⑥历年获奖情况。无。

⑦成果简介。要向社会公开，请不要填写商业秘密内容。该方法是将不同比例的金属铁粉和银粉压制成块体，作为等离子电弧炉的阳极材料，采用钨金属或石墨作为阴极材料，引用氩气和氢气作为工作气体，在一定的电流下，阳极和阴极之间起弧，持续一段时间后进行钝化，即得粒径为30～70nm的具有核壳结构的银包铁纳米粉体。