一种用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物及制备方法和其应用技术

一种用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物及制备方法和其应用，其改性铁铈氢氧化物由Fe(OH)3和Ce(OH)3两相组成，平均粒径0.25‑1.60μm，形成表面光滑、均匀复合的双金属氢氧化物；制备方法是：在0.8‑1.0％表面活性剂溶液中，按照Fe(III):Fe(II):Ce(IV)＝2～1.5:1～0.8:1～0.8摩尔比分别添加氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铈，通过1～4mol/L氢氧化钠调节体系pH至7‑7.5，得到的悬浮物即为目标产物；应用方法。本发明专利技术制备的改性铁铈氢氧化物对As(V)的吸附容量可达200mg·g‑1以上，能使土壤中砷的TCLP浓度下降约92％以上，从而显著降低其环境风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物及制备方法和其应用。
技术介绍
砷是广泛分布于土壤中的一种微量元素，是目前最常见、对公众健康危害最严重的污染物之一。据世界卫生组织公布，全球至少有5000多万人口正面临着地方性砷中毒的威胁，而中国正是受砷中毒危害最为严重的国家之一。截止2013年，中国已成为最大的砷制品生产国，约占全球市场份额的56％以上。由于土壤背景值高、含砷矿产资源的无序开采、含砷农业制剂的过度使用，导致中国湖南、广西、江西等大面积区域出现土壤砷污染问题，并已严重威胁居民身体健康及经济社会快速发展。稳定化技术具有成本低、环境破坏小、边修复边生产等优点，是解决我国砷污染问题的较好选择。目前使用较多的砷污染稳定化材料主要为含铁材料，包括铁(氢)氧化物、FeSO4/Fe2(SO4)3、零价铁、含铁工业副产品等。2006年张巧丽等公开了一种去除水中砷的复合吸附材料及其制备方法(CN 100386141C)，该专利技术将Fe3O4和Fe2O3通过共沉淀负载于活性炭上，其砷吸附容量最大可达66.3mg/g。2009年涂书新等公开了一种适用于土壤砷的化学固定材料及用途(CN101695711A)，该专利技术利用零价铁、二氧化钛、树木锯末、秸秆粉制备成一种能够有效降低土壤砷生物有效性的固定材料。2009年曲久辉等公开了一种铁锰氧化物/硅藻土吸附剂的制备、使用及再生方法(CN 100509137C)，该专利技术将铁锰双金属氧化物负载于颗粒硅藻土，制备成一种能够有效降低废水As(III)的复合材料。2010年张昱等发表了一篇关于铁铈双金属氧化物吸附砷的论文，该论文显示铁铈双金属氧化物对溶液中As(V)的吸附能力最大可达138.75mg/kg，远高于目前已知的其他铁基材料。经过多年的努力，利用稳定化技术原位修复砷污染土壤已取得了较大的进展。然而当将铁基材料应用于实际修复工程时，工程技术人员发现，由于铁基材料具有一定的磁性聚集特征，在土壤孔隙中易聚集成团，从而显著限制其迁移范围和修复效率。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：提供一种用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物及制备方法；本专利技术的又一目的在于提供一种上述改性铁铈氢氧化物的经济且高效应用方法。本专利技术技术解决方案之一，一种用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物，所述改性铁铈氢氧化物由Fe(OH)3和Ce(OH)3两相组成，摩尔比为3～2.5:1～0.8，形成均匀复合的双金属氢氧化物。所述改性铁铈氢氧化物的平均粒径为0.25-1.60μm，表面光滑。本专利技术技术解决方案之二：一种制备所述的改性铁铈氢氧化物的方法，实现步骤为：(1)将表面活性剂加入去离子水中，磁力搅拌条件下加热，得到澄清的表面活性剂溶液；(2)将氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铈按照Fe(III):Fe(II):Ce(IV)＝2～1.5:1～0.8:1～0.8摩尔比分别添加至表面活性剂溶液中，通过氢氧化钠调节体系pH至7-7.5，得到的悬浮物即为改性铁铈氢氧化物。所述表面活性剂为淀粉。所述步骤(1)中表面活性剂加入去离子水中的比例是0.8～1.0％。所述步骤(1)中磁力搅拌的转速为500～1000rpm。所述步骤(1)加热温度为80-95℃，加热时间为30-60min。所述步骤(2)中氢氧化钠溶液浓度为1～4mol/L。本专利技术技术解决方案之三：一种应用所述的改性铁铈氢氧化物的方法实现步骤为：将改性铁铈氢氧化物和pH调节剂分别通过注入泵、涡轮流量计、流量控制阀、截流阀引入至注入井口，通过可伸缩注入管向不同深度土壤原位注入砷污染稳定制剂。所述注入速率在深度0-3m时为8-15L/min，在深度>3m为35-42L/min。所述的注入井口间距离对于砾石-砂土为5-12m，对于砂土-泥质砂土为2-4m，对于沉泥-粘土为1-3m。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术制备的改性铁铈氢氧化物对As(V)的吸附容量可达200.32mg·g-1，并能使土壤中砷的TCLP浓度降低92％以上。(2)本专利技术改性铁铈氢氧化物原料丰富，制备方法简单，易于实现大规模生产。附图说明图1是实施例1中产物的X衍射光谱(XRD)图；图2是实施例1中产物的扫描电镜图(SEM)；图3是实施例3中修复后土壤的TCLP数据；图4是实施例4原位注入方法的示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例详细介绍本专利技术。但以下的实施例仅限于解释本专利技术，本专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。实施例1将20g淀粉加至2L去离子水中，500～1000rpm磁力搅拌、80-95℃条件下加热30-60min，得到1.0％的澄清淀粉溶液；将氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铈按照Fe(III):Fe(II):Ce(IV)＝2:1:0.8摩尔比分别添加至上述淀粉溶液中，通过2mol/L氢氧化钠调节体系pH至7-7.5，得到的悬浮物即为目标产物，其晶格结构特征和扫描电镜图分别如图1和图2所示。由图1和图2可知，淀粉改性后的铁铈氢氧化物表面非常光滑，其颗粒间的聚集程度相对较小，且是一种非晶态结构的稳定化材料。实施例2将实施例1中的悬浮液分别量取45mL至50mL离心管中，将0-5mL 1000mg/L的As(V)(Na2HAsO4.12H2O)分别加入上述离心管中，用0.1mol/L NaOH调节溶液体系pH分别为4.0，背景电解质为0.01mol/L NaNO3溶液，用去离子水将离心管中溶液补齐至50mL。200rpm条件下振荡24h，反应终止。改性铁铈氢氧化物的As(V)吸附等温线数据如表1。由表1可知，改性铁铈氢氧化物的最大As(V)吸附容量可达200.32mg/g，远高于目前已知的其他铁基材料以及常规铁铈双金属氧化物。表1改性铁铈氢氧化物的As(V)吸附等温线数据实施例3将实施例1中的悬浮液以3000rpm离心沉淀，45℃烘干24h。取1g烘干后产物至50g砷污染土壤中，充分混合后，调节干燥、湿润、淹水三种水分条件，用疏水透气膜密封三角瓶，连续培养30d，至吸附效果达到稳定，修复后土壤的TCLP数据如图3。由图3可知，改性铁铈氢氧化物对不同水分条件的砷污染土壤均表现出较强的稳定化修复效果，能使土壤的TCLP浓度下降约92-96％，且修复后的土壤TCLP浓度均低于《地下水环境质量标准》(GB/T14848-1993)三级标准的50μg/L。实施例4以20-40目、60-80目和6000目石英砂(粉)分别表征土壤沙粒、粉粒、粘粒三种质地，设置3个一维石英砂柱(50cm，直径25cm)，分别填充上述石英砂(粉)以模拟砂土(砂:粉:粘＝100:0:0)、壤土(砂:粉:粘＝60:40:0)、粘土(砂:粉:粘＝0:80:20)。先用>10孔隙体积的去离子水注入石英砂柱，然后将0.04mol/L实施例1中的悬浮液以注入速率0.5L/min流速注入一维柱，分别于0、30min、1h、2h、4h、8h、16h、24h采集淋滤液，24h后停止注入。ICP-MS测定淋滤液中Fe的含量，通过单一收集器理论，可预测实施例1中的悬浮液在3m厚的砂土、壤土和粘土中最大迁移距离依次为3m、1m和0.5m，因此其注入井口间距离可分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物，其特征在于：所述改性铁铈氢氧化物由Fe(OH)3和Ce(OH)3两相组成，摩尔比为3～2.5:1～0.8，形成均匀复合的双金属氢氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物，其特征在于：所述改性铁铈氢氧化物由Fe(OH)3和Ce(OH)3两相组成，摩尔比为3～2.5:1～0.8，形成均匀复合的双金属氢氧化物。2.根据权利要求1所述用于稳定化修复土壤砷污染的改性铁铈氢氧化物，其特征在于：所述改性铁铈氢氧化物的平均粒径为0.25-1.60μm，表面光滑。3.一种制备权利要求1所述的改性铁铈氢氧化物的方法，其特征在于实现步骤为：(1)将表面活性剂加入去离子水中，磁力搅拌条件下加热，得到澄清的表面活性剂溶液；(2)将氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铈按照Fe(III):Fe(II):Ce(IV)＝2～1.5:1～0.8:1～0.8摩尔比分别添加至表面活性剂溶液中，通过氢氧化钠调节体系pH至7-7.5，得到的悬浮物即为改性铁铈氢氧化物。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为淀粉。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中表面活性剂加入去离子水...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎秀兰，廖晓勇，林龙勇，费杨，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11