潘玲怡，錢麗，謝志豪，陳成,*

（1.成都師范學院化學與生命科學學院，四川成都 611130；2.成都理工大學環(huán)境與土木工程學院，四川成都 610059）

近年來，納米零價鐵因其顆粒小、比表面積大、反應(yīng)活性高等優(yōu)勢受到國內(nèi)外學者的關(guān)注，對水中有機污染物的去除效果明顯優(yōu)于普通零價鐵。但是在實際應(yīng)用處理中卻出現(xiàn)易團聚、易被氧化等問題。因此，對其進行表面修飾，提髙納米零價鐵穩(wěn)定性，解決納米零價鐵易團聚、易被氧化的問題成為當下研究熱點，即納米零價鐵的改性研究[1]。納米零價鐵的改性一般分為3類：納米雙金屬材料[2-3]、負載型材料[4]、表面改性材料[5]等。本文通過制備納米鐵鎳雙金屬材料，并將其負載在多孔生物炭上，得到穩(wěn)定高效的生物炭負載納米鐵鎳復合材料，并通過SEM、XRD、XPS等手段對其進行表征。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生物炭（植物莖葉在600 ℃下炭化制成），氯化鎳、硫酸亞鐵、硼氫化鈉、γ-聚谷氨酸，分析純，成都市科龍化工試劑廠；JJ-1B電動攪拌器，金壇市科析儀器有限公司；JSM-6700F掃描電子顯微鏡，日立公司；XDR-6000 X射線衍射儀，帕納科公司；K-AlphaX射線光電子能譜儀，賽默飛公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生物炭負載納米鐵鎳的制備

將帶有攪拌器的三口燒瓶通入氮氣吹掃3 min，稱取1 g FeSO4·7H2O與0.05 gγ-聚谷氨酸溶解于65 mL水中，攪拌至完全溶解轉(zhuǎn)入三口燒瓶，開啟攪拌器，轉(zhuǎn)速500 r/min攪拌5 min，加入0.1 g生物炭，再將0.36 g NaBH4溶解于10 mL水中并以1 mL/min的速度緩慢加入三口燒瓶中。繼續(xù)攪拌10 min，使混合液反應(yīng)完全。利用蠕動泵向三口燒瓶中逐滴加入4 g/L NiCl2溶液10 mL （Ni∶Fe=4.0wt%），反應(yīng)5 min。

1.2.2 生物炭負載納米鐵鎳復合材料的表征

用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、X射線光電子能譜儀等分析所制得的生物炭負載納米鐵鎳復合材料的晶體分散情況和表面元素的組成及價態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭負載納米鐵鎳的制備

FeSO4·7H2O、γ-聚谷氨酸和NaBH4反應(yīng)生成黑色的納米鐵懸濁液，具體反應(yīng)方程如式1所示。納米鐵負載在生物炭上，加入NiCl2溶液后，通過置換反應(yīng)，在納米鐵表面生成單質(zhì)Ni金屬，反應(yīng)方程如式2所示，得到生物炭負載納米鐵鎳雙金屬材料。

2.2 生物炭負載納米鐵鎳的表征

2.2.1 SEM分析

生物炭負載納米鐵鎳經(jīng)真空干燥后，對材料進行SEM分析，如圖1所示。生物炭是一種多孔管狀材料[3,6]，納米鐵/鎳顆粒覆蓋于其表面，炭片表面由于負載了納米鐵/鎳顆粒變得粗糙，而在生物炭多孔結(jié)構(gòu)的作用下，納米鐵/鎳顆粒的團聚現(xiàn)象減弱，炭片上的納米鐵/鎳呈小球狀，直徑在150 nm以內(nèi)。

圖1 生物炭負載納米鐵鎳SEM圖

2.2.2 XRD分析

將納米鐵和反應(yīng)前后生物炭負載納米鐵/鎳材料經(jīng)真空干燥后，對材料的成分與內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)進行XRD表征，如圖2所示。圖中衍射角為20.6°時出現(xiàn)一個寬峰，為生物炭的特征峰。復合材料在衍射角為44.6°處出現(xiàn)了較尖銳且強度高的Fe0特征峰。

圖2 生物炭負載納米鐵鎳材料XRD圖

2.2.3 XPS分析

為了確定生物炭負載納米鐵鎳表面元素的組成及價態(tài)，對復合材料進行XPS分析，如圖3所示。從圖中可以看出，復合材料表面主要包含C、O、Fe元素，分別對應(yīng)結(jié)合能為284.0 eV（C1s）、530.0 eV（O1s）、711.0 eV（Fe2p）處的特征峰，還有少量的Ni元素，對應(yīng)電子結(jié)合能為854.5 eV處的特征峰，說明Fe、Ni成功負載于生物炭材料上。

圖3 生物炭負載納米鐵鎳XPS全譜圖

3 結(jié)論

通過液相還原法制備了生物炭負載納米鐵鎳復合材料，對復合材料進行的SEM、XPS、XRD分析，證實了納米鐵、鎳成功負載于生物炭上，且負載后納米鐵鎳團聚現(xiàn)象減弱，制備后炭片上納米鐵鎳小球粒徑在150 nm以內(nèi)。