CN107398251B - 用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用 - Google Patents

用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备及应用。本发明利用香蕉等芭蕉科干枯叶、玉米干枯叶、谷壳等农作废弃物结合海藻酸盐制备含有纳米四氧化三铁和纳米氯化亚铁的可漂浮磁性中空材料，并应用于水体和土壤中重金属移除，不仅开拓了农作物废弃物的资源化利用，为农民增收开辟新途径，同时制得的纳米氯化亚铁和纳米四氧化三铁及优质的多孔生物炭材料具有高效的吸附重金属能力，且通过带有磁性和漂浮于水面上便于回收，从而移除水体和土壤中重金属；本发明材料应用范围广泛，可用于城市或工业污水、河流、池塘、湖泊等重金属污染的水体修复，也可用于水稻田、水生蔬菜田、绿化植物田等重金属污染的土壤修复。

Description

用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备 与应用
技术领域
本发明涉及一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法及应用，具体涉及纳米金属材料及高效生物炭吸附剂的制备方法，并应用于水体和土壤中的重金属的移除治理，属于纳米材料和环境保护技术领域。
背景技术
近年来，我国重金属污染河流、湖泊、耕地等事件频发，严重危害生态环境，导致作物严重减产，同时，重金属含量超标的粮食流入市场更是严重威胁人们健康！由于现代工业是发展，煤碳、矿物油的燃烧以及大量废旧电子产品废弃物的堆置等导致大量重金属通过各种形式进入水体中，污染的水体流经之处，大部分重金属停留在土壤和河流底泥中。当环境状况发生特定变化时，底质中的重金属形态将发生转化并释放造成水污染。据不完全统计，目前全国各大江河湖库的底质重金属污染率高达80％，受污染的耕地已达1000万hm2，约占耕地总面积20％以上，其中镉污染的耕地涉及11个省份和25个地区。每年因为重金属污染造成的经济损失达200亿元，其中每年受重金属污染的粮食达1200万t。
重金属具有难降解、易富积、毒性大等特点，对作物的生长、产量和品质都有非常大的危害，尤其是它易被作物吸收进入食物链，然而我国环境修复市场面临着资金保障制度不健全、市场环境不利、修复技术不成熟等问题。因此水体和土壤重金属污染的修复新产品、新技术的研发已经到了刻不容缓的关键时期。针对水体和土壤重金属污染治理的艰巨性，如何运用新材料将水体和土壤重金属移除，可以说是一条简便快速易行的新路子。目前土壤修复的方法主要包括：客土法、换土法、蒸汽提取、固定化法、淋滤法、生物修复法等，但是这些方法都不能从根源上去除土壤中的重金属。
目前为止，中国作为一个农业大国，香蕉种植面积巨大，其中香蕉种植面积已超过500万亩，年产量已达1000万吨，产生的香蕉叶的数量也是巨大的，并且每年都在扩大种植面积。中国玉米的种植面积已经达到4500万亩，而中国是水稻播种面积居世界第二，已达4.5亿亩了！以上这些农作物收成后通常把大量的香蕉叶、玉米叶、谷壳等农作物废弃我进行堆积、焚烧等传统办法进行处理，造成严重的环境问题的同时也导致大量资源流失，没有给农民带了效益。如今利用过剩香蕉叶应用于农田等环境处理重金属污染的报道尚未发现。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法。本发明的目的是针对应用于水体或土壤中传统处理重金属的办法无法从根源上移除重金属的缺陷，提供一种用于水体和土壤重金属移除的可漂浮磁性中空材料，施用于被重金属污染的水体或土壤中，经过充分的混合、吸附，本发明材料将水体或土壤中重金属吸附在材料表面和内部，本发明材料可以上浮于水面，利用其带有的磁性和漂浮性能使用筛网回收处理，从而把水体或土壤中重金属移除的作用。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料。
本发明的再一目的在于提供上述用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)将一定量的海藻酸盐充分搅拌溶解于水中；
(b)加入已烘干和粉碎处理的农作物废弃物及适量高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
(c)将步骤(b)得到的混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理；
(d)将冻硬的方块倒入铁离子溶液中浸泡；
(e)将浸泡过铁离子溶液的方块捞起后，在一定温度下碳化；
(f)碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
优选的，步骤(a)所述的海藻酸盐包括海藻酸钠，海藻酸钾等可溶性海藻酸盐，海藻酸盐的质量百分浓度为1～4％。
优选的，步骤(b)所述的农作物废弃物包括香蕉等芭蕉科干叶、玉米干叶、谷壳等，选用来源广泛的天然的富含优质纤维的农作物废弃物应用于重金属吸附，用粉碎机粉碎的农作物废弃物，过筛，得到60～100目的碎渣，农作物废弃物的添加量为质量百分浓度0.5～4％；高岭土的添加量为质量百分浓度5～12％。
优选的，步骤(c)所述的模具为正方体的1cm3大小的模具，碳化得到的材料大小比较适宜；冰冻成型处理的时间为4～12小时。
优选的，步骤(d)所述的铁离子溶液为氯化铁、硫酸铁、亚硫酸铁等铁离子溶液，质量百分浓度为1～15％，浸泡的时间为5～20小时。
优选的，步骤(e)所述的碳化的温度为250～350℃，碳化的时间为90～150分钟。
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，通过上述制备方法制备得到。
所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料在移除水体或土壤中重金属中的应用。
所述的重金属包括镉、铬、砷等。
具体步骤如下：
将上述用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料加入到重金属污染的水体中或土壤中混合均匀，吸附一段时间后回收材料，分别用原子吸收光谱检测回收材料上以及土壤中重金属含量。
优选的，所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的投加量分别为：在130mL重金属污染的水体中加入0.5g用于水体和土壤重金属移除的可漂浮磁性中空材料；在5g或10g重金属污染的土壤中加入0.5g用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料。
具体的，包括如下步骤：
(1)重金属污染水体的处理：
到污染地区农田收集被重金属污染的水体，设计空白对照实验，将用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料加入到其中一组污染水体中摇动模拟水体流动实验进行吸附，取出吸附后的材料，经过粉碎、提取等步骤，对所有组别里的水体和吸附后的材料本身使用原子吸收光谱仪进行重金属元素含量的测定；
(2)重金属污染土壤的处理：
将用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料和重金属污染的污染土壤按一定比例搅拌混合，静置一段时间后，回收吸附后的材料，分别对土壤和材料本身使用原子吸收光谱仪进行重金属含量的测定。
本发明的机理是：本发明利用香蕉等芭蕉科干枯叶子、玉米干枯叶、谷壳等农作废弃物结合海藻酸盐制备含有纳米四氧化三铁和纳米氯化亚铁的可漂浮磁性中空材料，并应用于水体和土壤中重金属移除，不仅开拓了农作物废弃物的资源化利用，为农民增收开辟新途径，同时制得的纳米氯化亚铁和纳米四氧化三铁以及优质的多孔生物炭材料具有高效的吸附重金属能力，并且通过带有磁性和漂浮于水面上便于回收，从而移除水体和土壤中重金属，此发明具有广泛的应用前景。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
(1)本发明以农作物废弃物为原料制备水体或土壤重金属吸附移除材料，工艺简单，设备要求低，生产成本低，效果好。
(2)所采用材料海藻酸盐原料廉价安全无毒，若进入环境没有被回收可被生物降解，降解产物安全无毒，属于环境友好型的制备方法；
(3)材料碳化过程中反应生成分布均匀的“玫瑰花”状的磁性纳米Fe3O4和纳米FeCl2的混合体系，具有强磁性同时具有很大的比表面积，有利于高效吸附还原重金属和有利于实现从水体或土壤中回收吸附材料从而实现移除水体或土壤中重金属的目标；
(4)本发明可以应用于农田等环境中土壤重金属污染同时也可以应用于水体重金属污染，材料具有良好的物理化学性能，能够在pH为5.0～10.0的范围内吸附土壤中或水体中的重金属元素镉、铬、砷等元素。
(5)本发明材料具有良好的磁性和漂浮性，可以漂浮于水面，利用其自身的强磁性，便于在在下游出水口处应用铁质筛网回收，从而实现从根源上移除水体或土壤里重金属元素的效果，回收的材料还可通过脱吸附后再活化循环使用。
(6)本发明材料应用范围广泛，可用于城市或工业污水、河流、池塘、湖泊等重金属污染的水体修复，也可用于水稻田、水生蔬菜田、绿化植物田等重金属污染的土壤修复。
附图说明
图1是本发明所制备的一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的物理性状图。
图2是本发明所制备的一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的扫描电镜SEM图。
图3是本发明所制备的一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料应用于水体中重金属铬吸附效果图。
图4是本发明所制备的一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料应用于淤泥中重金属吸附实验操作图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所制备的一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的物理性状图，图如1所示；扫描电镜SEM图，图如2所示；应用于水体中重金属铬吸附效果图，图如3所示；应用于淤泥中重金属吸附实验操作图，图如4所示。
实施例1
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将1g海藻酸钠溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为0.5％的已烘干和粉碎处理的香蕉干叶及质量百分浓度为5％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理4小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为1％氯化铁溶液中浸泡20小时；
e、将浸泡过氯化铁溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于250℃马弗炉中碳化150分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染水体中Cd2+吸附
配制含有Cd2+20mg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/LNaOH溶液把Cd2+模拟废水pH调整至5.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余Cd2+含量。通过计算，Cd2+的吸附率为89.8％。
(2)本发明材料对重金属污染土壤的中Cd2+吸附
取用Cd污染土壤(有效Cd含量1.55±0.08mg kg-1)10g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至5.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定Cd2+含量。通过计算，Cd2+的吸附率为78.7％。
实施例2
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将2g海藻酸钾溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为0.8％的已烘干和粉碎处理的谷壳及质量百分浓度为5％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理6小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为4％硫酸铁溶液中浸泡12小时；
e、将浸泡过硫酸铁溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于350℃马弗炉中碳化90分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中Cd2+吸附
配制含有Cd2+20mg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L NaOH溶液把Cd2+模拟废水pH调整至7.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余Cd2+含量。通过计算，Cd2+的吸附率为93.8％。
(2)本发明材料对重金属污染的土壤中Cd2+吸附
取用Cd污染土壤(有效Cd含量1.55±0.08mg kg-1)10g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至7.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定Cd2+含量。通过计算，Cd2+的吸附率为84.2％。
实施例3
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将2g海藻酸钠溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为0.8％的已烘干和粉碎处理的玉米干叶及质量百分浓度为5％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理8小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为4％亚硫酸铁溶液中浸泡12小时；
e、将浸泡过亚硫酸铁溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于350℃马弗炉中碳化90分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中Cd2+吸附
配制含有Cd2+20mg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L NaOH溶液把Cd2+模拟废水pH调整至10.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余Cd2+含量。通过计算，Cd2+的吸附率为95.7％。
(2)本发明材料对重金属污染的土壤中Cd2+吸附
取用Cd污染土壤(有效Cd含量1.55±0.08mg kg-1)10g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至10.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定Cd2+含量。通过计算，Cd2+的吸附率为87.8％。
实施例4
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将2g海藻酸钠溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为1.5％的已烘干和粉碎处理的香蕉枯叶及质量百分浓度为10％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理10小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为8％硫酸铁溶液中浸泡10小时；
e、将浸泡过硫酸铁溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于280℃马弗炉中碳化100分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中Cr6+吸附
配制含有Cr6+20mg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L NaOH溶液把Cr6+模拟废水pH调整至5.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余Cr6+含量。通过计算，Cr6+的吸附率为95.0％。
本发明材料对重金属污染土壤的中Cr6+吸附
取用Cr6+污染土壤(有效Cd含量1.49±0.10mg/kg)10g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至5.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定Cr6+含量。通过计算，Cr6+的吸附率为90.1％。
实施例5
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将3g海藻酸钾溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为2％的已烘干和粉碎处理的谷壳及质量百分浓度为10％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理12小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为8％氯化铁溶液中浸泡10小时；
e、将浸泡过氯化铁溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于280℃马弗炉中碳化100分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中Cr6+吸附
配制含有Cr6+20mg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L NaOH溶液把Cr6+模拟废水pH调整至7.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余Cr6+含量。通过计算，Cr6+的吸附率为84.7％。
(2)本发明材料对重金属污染土壤的中Cr6+吸附
取用Cr6+污染土壤(有效Cd含量1.49±0.10mg/kg)10g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至7.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定Cr6+含量。通过计算，Cr6+的吸附率为78.6％。
实施例6
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将2.5g海藻酸钠溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为2％的已烘干和粉碎处理的玉米干叶及质量百分浓度为8％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理8小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为10％硫酸铁溶液中浸泡6小时；
e、将浸泡过硫酸铁溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于300℃马弗炉中碳化100分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中Cr6+吸附
配制含有Cr6+20mg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L NaOH溶液把Cr6+模拟废水pH调整至10.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余Cr6+含量。通过计算，Cr6+的吸附率为68.6％。
(2)本发明材料对重金属污染土壤的中Cr6+吸附
取用Cr6+污染土壤(有效Cd含量1.49±0.10mg/kg)10g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至10.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定Cr6+含量。通过计算，Cr6+的吸附率为50.2％。
实施例7
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将4g海藻酸钾溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为4％的已烘干和粉碎处理的香蕉枯叶及质量百分浓度为12％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理12小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为15％FeCl3溶液中浸泡5小时；
e、将浸泡过FeCl3溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于350℃马弗炉中碳化150分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中As元素吸附
配制含有As元素50μg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/LNaOH溶液把As元素模拟废水pH调整至5.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余As元素含量。通过计算，As元素的吸附率为83.5％。
(2)本发明材料对重金属污染的土壤中As元素吸附
取用As元素污染土壤(有效As含量60.3±0.38mg/kg)0.5g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至5.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定总As含量。通过计算，总As的吸附率为51.6％。
实施例8
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将3g海藻酸钠溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为1％的已烘干和粉碎处理的香蕉干叶及质量百分浓度为8％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理8小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为1％FeCl3溶液中浸泡6小时；
e、将浸泡过FeCl3溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于300℃马弗炉中碳化100分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中有效As吸附
配制含有有效As 50μg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L NaOH溶液把有效As模拟废水pH调整至7.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余有效As含量。通过计算，有效As的吸附率为94.2％。
(2)本发明材料对重金属污染的土壤中有效As吸附
取自华南农业大学校内实验实验用的有效As污染土壤(有效As含量1.22±0.08mgkg-1)5g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至5.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定有效As含量。通过计算，有效As的吸附率为62.8％。
实施例9
一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备与应用
a、将3g海藻酸钠溶解于25℃(室温)100mL水中，充分搅拌至澄清透明；
b、加入质量百分浓度为1.2％的已烘干和粉碎处理的香蕉干叶及质量百分浓度为10％的高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
c、将混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理6小时；
d、将上述步骤c中冻硬的方块倒入质量百分浓度为6％FeCl3溶液中浸泡5小时；
e、将浸泡过FeCl3溶液的方块捞起，稍微晾干，放入陶制坩埚中于350℃马弗炉中碳化100分钟；
f、碳化后即可得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
应用实例：
(1)本发明材料对重金属污染的水体中有效As吸附
配制含有有效As 50μg/L的模拟废水130mL，用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L NaOH溶液把有效As模拟废水pH调整至10.0，材料投加量为0.5g，在25℃下，振荡吸附50h(振荡速度为50rpm)。振荡完毕，取上层清液，用原子吸收光度计测定剩余有效As含量。通过计算，有效As的吸附率为78.3％。
(2)本发明材料对重金属污染的土壤中有效As吸附
取自华南农业大学校内实验实验用的有效As污染土壤(有效As含量1.22±0.08mgkg-1)5g(烘干土重)，状态调节至田间持水量的80％后，pH调节至10.0，加入本发明材料0.5g，搅拌使之均匀，室温培养48h。48h后将20mL去离子水加入培养土壤，使材料漂浮起来，将漂浮的材料洗净、烘干、称重。应用原子吸收光度计测定有效As含量。通过计算，有效As的吸附率为40.9％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)将一定量的海藻酸盐充分搅拌溶解于水中；
(b)加入已烘干和粉碎处理的农作物废弃物及适量高岭土，充分搅拌，得到混合体系；
(c)将步骤(b)得到的混合体系倒入模具后进行冷冻成型处理；
(d)将冻硬的方块倒入铁离子溶液中浸泡；
(e)将浸泡过铁离子溶液的方块捞起后，在一定温度下碳化；
(f)碳化后即得到用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，密封保存。
2.根据权利要求1所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于：
步骤(a)所述的海藻酸盐包括海藻酸钠，海藻酸钾；
所述的海藻酸盐充分搅拌溶解于水后海藻酸盐的质量百分浓度为1～4％。
3.根据权利要求1所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于：
步骤(b)所述的农作物废弃物包括芭蕉科干叶、玉米干叶、谷壳。
4.根据权利要求1或3所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于：
所述的农作物废弃物的添加量为质量百分浓度0.5～4％。
5.根据权利要求1所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于：
所述的高岭土的添加量为质量百分浓度5～12％。
6.根据权利要求1所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于：
步骤(c)所述的冷冻成型处理的时间为4～12小时；
步骤(d)所述的浸泡的时间为5～20小时。
7.根据权利要求1所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于：
步骤(d)所述的铁离子溶液为氯化铁溶液、硫酸铁溶液、亚硫酸铁溶液，
所述的铁离子溶液的质量百分浓度为1～15％。
8.根据权利要求1所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料的制备方法，其特征在于：
步骤(e)所述的碳化的温度为250～350℃，碳化的时间为90～150分钟。
9.一种用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料，其特征在于通过权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到。
10.权利要求9所述的用于水体和土壤中重金属移除的可漂浮磁性中空材料在移除水体或土壤中重金属中的应用。
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