纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体及其制造方法。更详细而言，涉及在核区域具备纳米零价铁，在壳区域具备具有疏水性的脂质(lipids)，从而能够抑制因亲水性的无机离子而形成氧化膜，并防止自然有机物在纳米零价铁表面沉积，抑制纳米零价铁的反应性下降，增加对疏水性氯化有机化合物的选择反应性，提高特定氯化有机化合物的分解特性的纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体及其制造方法。
【背景技术】
[0002]最近，在环境污染物质的处理方面，纳米技术的应用十分活跃。其中，利用纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron)的氯化有机化合物的还原性清除技术在水处理领域得到了活跃的研究。利用纳米零价铁的氯化有机化合物的处理利用了在厌氧性条件下发生的化学性还原反应，在使残留性久、毒性高且具有难分解性的特性的诸如氯酹(chloropenols)等氯化有机化合物脱氯(dechlorinat1n)而实现无害化方面具有效果。特别是纳米零价铁，与现有的微米大小的零价铁相比，在相同的质量时，具有较高的比表面积，因而对污染物质的反应性高，随着纳米技术的发展而倍受瞩目(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，纳米零价铁在应用于除氯化有机化合物之外有多种有机无机化合物共存的实际水处理工序时存在局限。
[0003]纳米零价铁不能仅与氯化有机化合物，还能够与多种有机无机化合物反应。在氯化有机化合物与其它有机无机化合物共存的水系中，因并非对象污染物质的其它化合物而消耗了纳米零价铁的反应性，从而会降低对作为实际清除对象的氯化有机化合物的反应性。最具代表性的可以列举纳米零价铁与大气及溶解氧反应的情形。如果纳米零价铁暴露于氧中，则在纳米零价铁的表面急剧形成氧化膜，反应性大幅减小。
[0004]此外，多种有机无机化合物和氯化有机化合物的共存，使纳米零价铁对氯化有机化合物的反应性减小。已知硝酸盐(no3_)是容易被纳米零价铁还原的代表性无机物质，当以3mM以上的浓度同时存在时，将使纳米零价铁对氯化有机化合物的反应性急剧下降。有报告称，地下水及污水中经常存在的无机离子(Cl' HC03_、SO42' HPO42-)也使得在纳米零价铁的表面形成氧化膜，减小对氯化有机化合物的反应性。另外还报告了在腐植酸(humicacid)存在一种以上时，氯化有机化合物(氯酹等)的清除率下降的研究结果(JuhaniPeuravuorij Nina Paasoj Kalevi Pihlajaj Sorpt1n behav1ur of some chlorophenolsin lake aquatic humic matter，Talanta，56(2002)523-538)。
[0005]现有技术文献
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献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]非专利文献2: Juhan i Peuravuor i, Nina Paaso, KaleviPihlaja,Sorpt1n behav1ur of some chlorophenols in lake aquatic humicmatter, Talanta, 56(2002)523-538.
【发明内容】
[0009]本发明正是为了解决如上所述的问题而研发的，涉及一种在核区域具备纳米零价铁，在壳区域具备具有疏水性的脂质(lipids)，从而能够抑制因亲水性的无机离子而形成氧化膜，并防止自然有机物在纳米零价铁表面沉积，抑制纳米零价铁的反应性下降，增加对疏水性氯化有机化合物的选择反应性，提高特定氯化有机化合物的分解特性的纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体及其制造方法。
[0010]为达成所述目的，根据本发明实施方式的纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体包括:纳米零价铁被固定化的第一藻酸盐珠；以及在所述第一藻酸盐珠表面上具备且脂质(lipids)被固定化的第二藻酸盐珠。
[0011]另外，根据本发明实施方式的纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体制造方法包括:将分散有纳米零价铁的藻酸盐水溶液滴加于固化溶液中进行固化，制造纳米零价铁被固定化的第一藻酸盐珠的步骤；将所述第一藻酸盐珠投入分散有脂质的藻酸盐水溶液，在所述第一藻酸盐珠表面上形成水溶液层的步骤；以及将形成有所述水溶液层的第一藻酸盐珠滴加于固化溶液，使所述水溶液层固化成脂质被固定化的第二藻酸盐珠形态，制造由核区域与壳区域构成的复合体，所述核区域由第一藻酸盐珠构成，所述壳区域由在所述第一藻酸盐珠表面上形成的第二藻酸盐珠构成。
[0012]根据一个实施方式，所述制造纳米零价铁被固定化的第一藻酸盐珠的步骤的所述分散有纳米零价铁的藻酸盐水溶液可以以包括如下步骤的方法制造:混合藻酸盐粉末与蒸懼水，制造I?5w/v%浓度的藻酸盐水溶液的步骤；以及使纳米零价铁在所述藻酸盐水溶液内分散的步骤。另外，在所述第一藻酸盐珠表面上形成水溶液层的步骤的所述分散有脂质的藻酸盐水溶液可以以包括如下步骤的方法制造:混合藻酸盐粉末与蒸馏水，制造I?5w/v%浓度的藻酸盐水溶液的步骤；以及使脂质在所述藻酸盐水溶液内分散的步骤。
[0013]一个实施方式的所述固化溶液为3?4w/v%浓度的氯化钙(CaCl2)水溶液。另外，作为一个实施例，所述分散有纳米零价铁的藻酸盐水溶液的所述藻酸盐粉末与纳米零价铁的质量比为1:1，所述分散有脂质的藻酸盐水溶液的所述藻酸盐粉末与脂质的质量比为1:1的质量比。所述脂质可以是油酸或三油酸甘油酯。
[0014]本发明的纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体及其制造方法具有如下效果。
[0015]使纳米零价铁在核区域固定化，使疏水性的脂质在壳区域被覆，通过对亲水性有机无机化合物(无机离子、自然有机物)的无差别的反应，能够防止纳米零价铁的反应性下降。同时，使疏水性污染物质选择性地吸附，从而能够提高纳米零价铁对疏水性污染物质的分解效率。另外，以藻酸盐珠形态构成复合体，因而能够容易地回收纳米零价铁。
【附图说明】
[0016]图1是用于说明本发明一个实施例的纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体的制造方法的流程图。
[0017]图2是本发明一个实施例的纳米零价铁与脂质基的核壳结构的复合体的模式图。
[0018]图3a及图3b是表示本发明的复合体(AOAI)与对照组(Al)是否含有脂质的FT-1R结果。
[0019]图4a及图4b是表示在硝酸盐及腐植酸共存的情况和不共存的情况下，使本发明的复合体(AOAI)和对照组(Al)分别与TCP反应时，TCP的根据时间的清除量的影响的图表。
【具体实施方式】
[0020]本发明涉及通过纳米零价铁(nanosize zero valent iron)使氯化有机化合物分解的复合体，提出一种能够抑制亲水性有机无机化合物与纳米零价铁之间的反应，防止纳米零价铁的反应性下降现象，并提高具有疏水性的氯化有机化合物的吸附特性，最终使氯化有机化合物的分解效率实现最大化的技术。
[0021]用于防止纳米零价铁的氧化及反应性下降现象的最有效方法，是切断纳米零价铁与亲水性有机无机污染物质的直接接触，为此，本发明提出核壳(core-shell)结构的复合体。所述复合体在核区域具备纳米零价铁，在包围核区域的壳区域具备具有疏水性的脂质(lipids)，使纳米零价铁不露出于外部，从而能够防止纳米零价铁因与亲水性无机离子的接触而氧化，防止因自然有机物在纳米零价铁表面沉积而导致与疏水性氯化有机化合物的反应性下降的现象。
[0022]根据一个实施方式，所述核区域的纳米零价铁与壳区域的脂质形成分别固定于藻酸盐珠内的形态。即，纳米零价铁在第一藻酸盐珠内固定化而形成核区域，脂质在第二藻酸盐珠内固定化而形成壳区域。由于第一藻酸盐珠和第二藻酸盐珠的双重层结构，能够明确区分具备纳米零价铁的区域与具备脂质的区域，藻酸盐珠形成复合体的外形，因而提高了应用于水处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)、艾氏剂、六氯苯(HCB)等水-辛醇分配系数高的氯化有机化合物之外，还包含多样的有机无机化合物，氯化有机化合物具有疏水性，相反，在水系中存在的大部分有机无机化合物(no3_、Cl' hco3_、so42_、hpo42_、腐植酸)具有未水性。
[0024]就根据本发明实施方式的核壳结构的复合体而言，由于在壳区域具备具有疏水性的脂质，因而亲水性有机无机化合物的吸附被抑制，只有具有疏水性的氯化有机