包覆型纳米零价铁及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种包覆型纳米零价铁及其制备方法和应用，该包覆型纳米零价铁包括纳米零价铁和海藻酸钠，海藻酸钠包覆于纳米零价铁表面，海藻酸钠与纳米零价铁的质量比为0.1～0.4∶1。其制备方法是将纳米零价铁与海藻酸钠溶液混合经超声处理得到包覆型纳米零价铁。本发明专利技术的包覆型纳米零价铁可用于治理重金属污染底泥，其操作简便，稳定效果好，迁移性好，修复成本低，且清洁无污染，对环境无毒害作用，在底泥重金属污染治理技术领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于污染底泥中重金属的物理化学处理领域，具体涉及一种包覆型纳米零价铁及其制备方法和该包覆型纳米零价铁在稳定底泥中重金属镉中的应用。
技术介绍
近年来，在我国国民经济快速发展的过程中，大量的重金属污染物排入江、河、湖、海，使水体和底泥受到污染。底泥中过量沉积的重金属易重新释放进入水体，影响上层水体水质，形成二次污染；亦将对水生生态系统中如大型水生植物、藻类、底栖动物、鱼类和微生物等造成不同程度的危害；甚至通过食物链富集，对人类健康构成威胁。底泥重金属污染治理对生态环境及人体健康很重要，是亟待解决的问题。镉是对生物体有毒害作用的重金属元素，镉的化合物毒性极大，而且属于积蓄性，引起慢性中毒的潜伏期可达10～30年之久。镉能降低植物细胞中ATP酶的活性，妨碍钾向根的输送，降低植物对钾的吸收；镉与氧化磷酸化的共轭剂DNP一样，能严重妨碍磷、钾的吸收；过量镉可使作物产生黄萎病、枯死、生长迟缓、产量下降。人长期食用镉污染的“镉米”就会患骨痛病，轻者也会引起高血压、以及酶系统、生育率受到影响。底泥中重金属镉的去除方法一般包括物理法、化学法、生物法。物理法主要包括掩蔽为主的原位修复法和疏浚为主的异位修复法。掩蔽能有效防止底泥中重金属进入水体而造成二次污染，对水质有明显的改善作用。但工程量大，需要大量的清洁泥沙等，来源困难。底泥疏浚因能将污染底泥永久性去除，但是疏浚工程量大，投入大，疏浚出的底泥如不进一步处理或处理不当，则会对环境造成二次污染；化学处理法通常是用硫酸、硝酸或盐酸等将底泥的酸度降低，通过溶解作用，使难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子，或者用EDTA、柠檬酸等络合剂通过氯化作用、酸化作用、离子交换作用、螯合剂和表面活性剂的络合作用，将其中的重金属分离出来，达到减少底泥中重金属总量的目的。但是化学法需要投加大量的化学物质，提高了治理的成本，而且没有被充分利用的化学试剂将会造成环境的二次污染。同时反应条件不易控制、操作也较麻烦，而且对底泥的副作用较大，影响底泥或水体中生物的生存；生物修复技术是应用生物体(微生物、原生动物或植物)的生命活动将底泥中的重金属转变成有效性较低的低毒性形态或淋浸提出而达到修复。主要包括微生物修复、植物修复及植物-微生物联合修复。生物修复成本低，实用性强，适用范围广，对环境无二次污染等优点。但目前生物修复法虽仍处于实验室阶段，且生物修复技术一般只对单独一种重金属的吸附效果较好，修复的重金属量也较少。如今，利用纳米零价铁去除环境中的污染物已经逐渐成为一个非常活跃的研究领域。纳米零价铁不仅粒径小、比表面积大、价格低廉，而且具有还原势高、反应速度快、反应活性高的特点，可以还原吸附多种污染物。然而，由于纳米零价铁存在容易被氧化的问题，从而降低了其反应活性，同时由于其较高的表面积，加上自身磁性引力，易引起团聚，从而减少了纳米零价铁的吸附点位；此外纳米零价铁的团聚也不利于其在底泥中的流动性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能稳定存在于水溶液中、分散均匀、不易团聚、不易被氧化、无明显沉降、迁移性好、渗透性好、反应活性高、制作成本低的包覆型纳米零价铁；还提供了一种制备快捷、操作简便、制作成本低廉的包覆型纳米零价铁的制备方法以及该包覆型纳米零价铁在稳定底泥重金属镉中的应用，该应用方法具有操作简便、稳定效果好、迁移性好、修复成本低、清洁无污染、对环境无毒害作用等特点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种包覆型纳米零价铁，所述包覆型纳米零价铁包括纳米零价铁和海藻酸钠；所述海藻酸钠包覆于所述纳米零价铁表面；所述海藻酸钠与所述纳米零价铁的质量比为0.1～0.4∶1。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的包覆型纳米零价铁的制备方法，包括以下步骤：将纳米零价铁与海藻酸钠溶液混合经超声处理得到包覆型纳米零价铁。上述的包覆型纳米零价铁的制备方法中，优选的，所述海藻酸钠溶液的浓度为0.05g/L～0.2g/L。上述的包覆型纳米零价铁的制备方法中，优选的，所述海藻酸钠溶液的制备包括以下步骤：将海藻酸钠于55℃～65℃水浴条件下搅拌溶解，通入氮气进行脱氧处理10min～20min，得到海藻酸钠溶液。上述的包覆型纳米零价铁的制备方法中，优选的，所述纳米零价铁的制备包括以下步骤：将等体积的NaBH4溶液和FeSO4溶液混合搅拌30min～60min，得到纳米零价铁。上述的包覆型纳米零价铁的制备方法中，优选的，所述NaBH4溶液中的BH4-与所述FeSO4溶液中的Fe2+的摩尔比为2∶1。进一步优选的，所述NaBH4溶液的浓度为0.2M～0.4M；所述FeSO4溶液的浓度为0.1M～0.2M。上述的包覆型纳米零价铁的制备方法中，优选的，所述超声处理的频率为30KHZ～50KHZ；所述超声处理的时间为15min～30min。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的包覆型纳米零价铁或上述的制备方法制得的包覆型纳米零价铁在稳定底泥中重金属镉中的应用，包括以下步骤：将含所述包覆型纳米零价铁的悬浮液添加到含镉底泥中进行恒温静置反应，完成对底泥中重金属镉的稳定化处理。上述的应用中，优选的，含所述包覆型纳米零价铁的悬浮液与含镉底泥的体积质量比为5mL～15mL∶1g；含所述包覆型纳米零价铁的悬浮液中包覆型纳米零价铁的浓度为0.5g/L。上述的应用中，优选的，所述含镉底泥中重金属镉的初始浓度为5mg/kg～40mg/kg；所述含镉底泥的pH值为7～8。上述的应用中，优选的，所述恒温静置反应的条件是：时间为0d～30d，温度为21℃～24℃。优选的，所述恒温静置反应的时间为1d～30d。进一步优选的，所述恒温静置反应的时间为10d～30d。本专利技术的创造性在于：本专利技术提供了一种包覆型纳米零价铁以海藻酸钠(SA)为稳定剂，包覆于纳米零价铁的表面，可以防止纳米零价铁被快速氧化，提高了纳米零价铁的反应活性。并且，海藻酸钠表面具有负电性基团与重金属镉离子产生静电吸附，其表面的羟基、羧基等可与镉离子发生螯合作用，通过包覆于纳米零价铁表面，提高了其对重金属镉的稳定效率。与现有的技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种包覆型纳米零价铁，海藻酸钠是一种高分子电解质，是多极性、多羟基高分子化合物，可以通过静电斥力和空间位阻效应，使溶液中的纳米零价铁分散均匀，不易团聚，能稳定存在于水溶液中，且分散均匀，不易团聚，不易被氧化，无明显沉降，迁移性好，其能随着溶液渗透进入底泥内部，具有更好的渗透性和反应性，且制作成本低，海藻酸钠是一种天然高分子多糖类，具有可生物降解性，对环境无毒害作用，不会产生二次污染，适合大规模应用。2、本专利技术的包覆型纳米零价铁与未包覆型纳米零价铁相比，提高了对重金属的稳定效率，降低了重金属在底泥中的迁移性以及生物有效性，减少了重金属对生物体的危害。3、本专利技术采用的包覆型纳米零价铁的制备方法中，由等体积的NaBH4和FeSO4溶液经混合后制备得到纳米零价铁颗粒，将纳米零价铁颗粒通过超声分散在海藻酸钠溶液中得到包覆型纳米零价铁，制备快捷，操作简便，制作成本低廉。4、本专利技术的新型包覆型纳米零价铁可用于治理重金属污染底泥，可以使底泥中对环境污染危害最小的残渣态重金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包覆型纳米零价铁，其特征在于，所述包覆型纳米零价铁包括纳米零价铁和海藻酸钠；所述海藻酸钠包覆于所述纳米零价铁表面；所述海藻酸钠与所述纳米零价铁的质量比为0.1～0.4∶1。

【技术特征摘要】
1.一种包覆型纳米零价铁，其特征在于，所述包覆型纳米零价铁包括纳米零价铁和海藻酸钠；所述海藻酸钠包覆于所述纳米零价铁表面；所述海藻酸钠与所述纳米零价铁的质量比为0.1～0.4∶1。2.一种如权利要求1所述的包覆型纳米零价铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米零价铁与海藻酸钠溶液混合经超声处理得到包覆型纳米零价铁。3.根据权利要求2所述的包覆型纳米零价铁的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的浓度为0.05g/L～0.2g/L。4.根据权利要求3所述的包覆型纳米零价铁的制备方法，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的制备包括以下步骤：将海藻酸钠于55℃～65℃水浴条件下搅拌溶解，通入氮气进行脱氧处理10min～20min，得到海藻酸钠溶液。5.根据权利要求2～4中任一项所述的包覆型纳米零价铁的制备方法，其特征在于，所述纳米零价铁的制备包括以下步骤：将等体积的NaBH4溶液和FeSO4溶液混合搅拌30min～60min，得到纳米零价铁；所述NaBH4溶液中的BH4-与所述FeSO4溶液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄丹莲，薛文静，曾光明，赖萃，万佳，陈国敏，黄超，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43