CN111019663A - 一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：70～80％的凹凸棒石和20～30％的纳米铁，同时公开了该重金属钝化材料的制备方法和应用。本发明制得的重金属钝化材料能够通过吸附、固定和钝化土壤中的重金属，改变土壤中重金属的化学形态，从而极大地降低了重金属的生态毒性，减少重金属的生物可利用性，起到良好的修复土壤重金属污染的效果。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染修复技术领域，尤其涉及一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料、其制备方法及应用。
背景技术
随着工农业的迅猛增长，土壤重金属污染的问题越来越严重，我国面临的土壤重金属污染问题日益突出。据国家环保总局和国土资源部报道，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染严重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，全国土壤总的超标率为16.1％，以无机型为主，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8％。我国污灌区面积约140万hm2，受Cd、As、Cr、Pb、Hg、Cu、Ni、Zn等重金属污染的土地面积占污染总面积的64.8％，其中又以Hg和Cd的污染面积最大。
纳米零价铁是一种具有高反应活性和强吸附性能的纳米级功能材料，由于具有独特的物理化学特性，比表面积大、反应活性高，在环境修复领域得到了广泛的应用，但由于纳米铁的分散性和稳定性较差，极易团聚，使得纳米铁的修复性能大打折扣。
凹凸棒石是一种廉价易得的无机矿物材料，为含水的层链状镁质硅酸盐矿物。凹凸棒石晶体呈毛发状或纤维状，在电子显微镜下呈长柱状或针状，白、灰、浅绿或浅褐色，在原子力学显微镜下呈纤维状；这种层链状结构使其具有许多独特的物理化学特性，主要有吸附性、载体性、催化性、阳离子交换能力和流变性，且表面凹凸相间布满沟槽，晶体表面含活性中心和Si-OH基所以具有较大的比表面积。此外，凹凸棒石作为一种吸附剂，具有孔道丰富、热稳定性好、廉价易得、可负载金属等多项特点，是目前重金属污水处理领域及重金属污染土壤修复领域研究和应用中广泛使用的吸附材料。
然而现有技术中还未有关于纳米零价铁复合凹凸棒石制备重金属钝化材料的报道，为此，发明人提供一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料、其制备方法及应用。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料、其制备方法及应用，能够通过吸附、固定和钝化土壤中的重金属，改变土壤中重金属的化学形态，从而极大地降低了重金属的生态毒性，减少重金属的生物可利用性，起到良好的修复土壤重金属污染的效果。
本发明采用的技术方案如下：
为实现上述目的，本发明提供一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：70～80％的凹凸棒石和20～30％的纳米铁。
优选地，所述凹凸棒石和纳米铁的重量比为(2.5～3):1。
优选地，所述凹凸棒石和纳米铁的重量比为3：1。
本发明还提供一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)凹凸棒石破碎、研磨：将凹凸棒石经破碎、粉碎、研磨后制成粉末状；
(2)物料混合：将粉末状凹凸棒石与六水合三氯化铁混合，溶解于脱氧水和无水乙醇中，加入三颈烧瓶中进行搅拌使其混合均匀，得到混合液；
(3)抽滤、干燥：向混合液中加入硼氢化钠溶液，充分反应两小时，对产物进行抽滤并真空干燥，得到纳米零价铁复合凹凸棒石的固体产物；
(4)包装：将固体产物粉碎为粒径为1.7mm的颗粒，包装入库得到纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料。
优选地，所述步骤(1)中凹凸棒石研磨后粒径为200目。
优选地，所述步骤(2)中粉末状凹凸棒石与六水合三氯化铁按Fe3+：凹凸棒石的质量比为3:1进行混合。
优选地，所述步骤(2)中，混合搅拌速度为150r/min，搅拌时间为6h。
本发明还提供一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料在重金属污染土壤修复中的应用。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过将纳米零价铁与凹凸棒石复合形成重金属钝化材料，将纳米铁与凹凸棒石结合，既弥补了纳米铁易团聚的缺陷，还增强了凹凸棒石对重金属的钝化性能，通过吸附、固定和钝化土壤中的重金属，改变土壤中重金属的化学形态，从而极大地降低了重金属的生态毒性，减少重金属的生物可利用性，起到良好的修复土壤重金属污染的效果。
2.本发明通过将纳米铁与凹凸棒石络合形成重金属钝化材料，使纳米铁负载在凹凸棒石上，更有利于保持纳米铁的稳定性，使纳米铁能均匀分散，改善了纳米铁的团聚性和不易迁移性的缺点，提高了其对重金属离子的吸附性能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：70％的凹凸棒石和30％的纳米铁。
实施例2
一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：72％的凹凸棒石和28％的纳米铁。
实施例3
一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：70％的凹凸棒石和30％的纳米铁。
实施例4
一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：75％的凹凸棒石和25％的纳米铁。
实施例5
一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：80％的凹凸棒石和20％的纳米铁。
实施例6
一种制备实施例1～5任一实施例所述的重金属钝化材料的方法，包括以下步骤：
(1)凹凸棒石破碎、研磨：将凹凸棒石经破碎、粉碎、研磨后制成200目粉末状；
(2)物料混合：将粉末状凹凸棒石与六水合三氯化铁混合，溶解于脱氧水和无水乙醇中，加入三颈烧瓶中进行搅拌使其混合均匀，得到混合液；
(3)抽滤、干燥：向混合液中加入硼氢化钠溶液，充分反应两小时，对产物进行抽滤并真空干燥，得到纳米零价铁复合凹凸棒石的固体产物；
(4)包装：将固体产物粉碎为粒径为1.7mm的颗粒，包装入库得到纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料。
试验验证
1.试验设计：将本发明的重金属钝化材料按质量分数4％的投加量加入重金属污染的土壤中，钝化30天后测试对土壤的修复效果。
2.试验结果：钝化30天后以土壤的pH值，镉、镍、铬、铅等重金属状态的改变，以及作物的生物产量等作为测试指标，同时在钝化30天后的土壤中种植玉米，测试结果如表1所示。
表1、重金属钝化效果测试
使用本发明重金属钝化材料后土壤的pH值提升了2，随着土壤pH值的升高，污染土壤中的重金属活性及作物对重金属的吸收降低，重金属向植物地上部分的迁移也相应受到抑制，同时，从表1可知，土壤中重金属的生物有效性和生态风险大幅度降低，在经过修复的土壤中种植作物，作物的生物产量也得到提高，因此，本发明的重金属钝化材料起到了良好的重金属钝化作用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，其特征在于，所述重金属钝化材料包括以下重量百分比的物质：70～80％的凹凸棒石和20～30％的纳米铁。
2.根据权利要求1所述的一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，其特征在于，所述凹凸棒石和纳米铁的重量比为(2.5～3):1。
3.根据权利要求1所述的一种纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料，其特征在于，所述凹凸棒石和纳米铁的重量比为3：1。
4.根据权利要求1～3任一项所述的纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)凹凸棒石破碎、研磨：将凹凸棒石经破碎、粉碎、研磨后制成粉末状；
(2)物料混合：将粉末状凹凸棒石与六水合三氯化铁混合，溶解于脱氧水和无水乙醇中，搅拌使其混合均匀，得到混合液；
(3)抽滤、干燥：向混合液中加入硼氢化钠溶液，充分反应两小时，对产物进行抽滤并真空干燥，得到纳米零价铁复合凹凸棒石的固体产物；
(4)包装：将固体产物粉碎为粒径为1.7mm的颗粒，包装入库得到纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料。
5.根据权利要求4所述的纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中凹凸棒石研磨后粒径为200目。
6.根据权利要求4所述的纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中粉末状凹凸棒石与六水合三氯化铁按Fe3+：凹凸棒石的质量比为3:1进行混合。
7.根据权利要求4所述的纳米零价铁复合凹凸棒石的重金属钝化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，混合搅拌速度为150r/min，搅拌时间为6h。
8.根据权利要求1～3任一项所述的重金属钝化材料或者权利要求4～7任一项所述的方法制备的重金属钝化材料在重金属污染土壤修复中的应用。
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