一种矿物分馏溶解性有机质材料及其制备方法与在重金属钝化中的应用技术

本发明专利技术公开了一种矿物分馏溶解性有机质材料及其制备方法与在重金属钝化中的应用；材料的制备方法为：三价铁盐加入DOM溶液中，调整pH到7

【技术实现步骤摘要】
一种矿物分馏溶解性有机质材料及其制备方法与在重金属钝化中的应用


[0001]本专利技术属于重金属环境污染修复领域，具体涉及一种矿物分馏溶解性有机质材料及其制备方法与在重金属钝化中的应用。
技术背景
[0002]土壤是自然生态系统的重要组成部分，是人类赖以生存和农业生产的重要物质基础。随着社会经济高速发展，工农业生产活动导致重金属等各种污染物通过大气沉降、污水灌溉等途径进入土壤，并在土壤中不断富集造成严重的重金属污染。“镉大米”和“铬渣”等重金属超标的报导更是屡见不鲜，对环境和人体健康造成了很大的危害。
[0003]铁矿物是地球表生环境中最常见的物质，广泛存在于各种土壤和水体沉积物中。其中水铁矿因其颗粒尺寸小、比表面积大和无定型的多孔隙结构等特点,对重金属具有很强的吸附固定作用。但由于水铁矿自身的不稳定行，弱结晶结构导致其很容易向结晶态的铁氧化物(针铁矿和赤铁矿等)转化。在此过程中，重金属离子会再次释放到环境中，造成环境二次污染。过去的研究多集中在水铁矿对水体中的一些阴阳离子的吸附性能以及这些离子对水铁矿矿物转化的影响。然而由于水铁矿的不稳定性，这些结果并不令人满意。溶解性有机质作为有机碳中最活跃的部分，广泛存在于环境介质中，其与矿物和重金属之间存在复杂的界面反应机理。其相互作用对矿物和重金属的环境地球化学过程具有重要影响。已有研究表明环境中的一些小分子有机物可以明显抑制水铁矿的矿物转化。然而矿物有机质共同作用下对重金属的环境行为的影响还有待进一步研究。在此基础上，本专利技术提供一种抑制水铁矿分馏溶解性有机质形成的矿物
‑
有机质复合材料，在增强其对重金属的固定钝化能力同时也可抑制矿物的次生矿化，对于重金属环境污染的修复治理具有积极意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于为提供一种矿物分馏溶解性有机质材料及其制备方法与在重金属钝化中的应用，通过利用DOM增强重金属于铁矿物的耦合配位作用，同时抑制亚稳态矿物的转化，从而降低重金属在环境中的迁移性。为进一步理解DOM存在下铁矿物转化过程中重金属的再分配机理提供理论基础。进一步为重金属环境污染的治理提供技术支撑。
[0005]本专利技术主要通过以下技术途径实现：
[0006]一种矿物分馏溶解性有机质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)三价铁盐加入DOM溶液中，调整pH到7
‑
8，搅拌获得矿物分馏溶解性有机质材料悬浊液；
[0008](2)将步骤(1)所述的矿物分馏溶解性有机质材料悬浊液离心、洗涤、冷冻、过筛后得到矿物分馏溶解性有机质材料。
[0009]优选的，步骤(1)所述三价铁的摩尔浓度为0.01
‑
0.1mol/L；
[0010]优选的，步骤(1)所述三价铁和DOM浓度的摩尔比为1:1
‑
1:10(DOM浓度以总有机碳
含量表示，利用Sievers M9e总有机碳(TOC)分析仪测得)。
[0011]优选的，步骤(1)所述搅拌的转速为200
‑
300rpm，搅拌的时间为4
‑
8小时。
[0012]优选的，三价铁的水解速率为25
‑
100μmol min
‑1。
[0013]优选的，步骤(2)所述离心的转速为8000
‑
10000rpm；
[0014]优选的，步骤(2)所述洗涤为用去离子水洗涤，洗涤至固体材料电导率在100μS/cm以下；
[0015]优选的，步骤(2)所述冷冻干燥的温度为
‑
35℃至
‑
40℃；
[0016]优选的，所述过筛为过150
‑
200目筛网。
[0017]优选的，所述DOM为从土壤中提取的富含富里酸等小分子的有机质；所述有机质材料为水铁矿分馏DOM后获得的水铁矿
‑
DOM复合体。
[0018]优选的，所述土壤为农田、林地、草地、海洋沉积物河流湖泊沉积物中的土壤，所述DOM提取方法为水提法。
[0019]优选的，所述DOM的具体提取步骤为：土壤自然风干后研磨过150
‑
200目筛网；按水土质量比为05:1
‑
2:1加水，200
‑
300rpm条件下震荡24
‑
48h；进一步将震荡后的悬浊液6000
‑
8000rpm条件下离心，取上清液抽滤过0.25μm滤膜获得DOM。
[0020]上述的制备方法制备的矿物分馏溶解性有机质材料。
[0021]上述的矿物分馏溶解性有机质材料在重金属钝化中的应用。
[0022]优选的，所述重金属为Cr(VI)、Cd(II)、Cu(II)或As(III)。
[0023]本专利技术与现有技术相比存在以下优点和效果：
[0024]本专利技术通过利用自然界广泛存在的铁氧化物和土壤中的溶解性有机质，获得铁矿物分馏有机质后的新材料。不仅增强了铁矿物对重金属的固定钝化作用，同时还抑制了亚稳态铁矿物的转化，进而降低重金属在环境中的迁移能力、生物有效性和生物毒性。该材料具有制备工艺简单、无需特殊专用设备、原材料容易获得、投资少、易于工业化生产等优点。
附图说明
[0025]图1为水铁矿和水铁矿+DOM对不同重金属的吸附量(材料投加量1g/L)；
[0026]图2a为水铁矿对DOM分馏前的扫描电镜图(SEM)；
[0027]图2b为水铁矿对DOM分馏后的扫描电镜图(SEM)；
[0028]图3为有无DOM存在下水铁矿与Cr(VI)反应前后的XRD图。
具体实施方式
[0029]本专利技术在已有的工作基础上，采用Cr(VI),Cd(II),Cu(II)溶液，通过添加有无DOM存在下水铁矿对重金属的吸附固定效果对比。解释矿物对DOM的分馏材料在重金属固定钝化中的应用。下面结合实例对本专利技术做进一步详细的描述，但专利技术的实施方式不仅限于此。本实施方案中有无DOM存在下水铁矿材料投加量均为1g/L。
[0030]实施例中DOM在矿物上的分馏成分通过超高分辨液质联用仪四极组合静电场轨道阱获得。
[0031]实施例中通过原子吸收光谱仪(AAS)和紫外分光光度计(UV)，分析矿物分馏溶解性有机质材料对重金属的吸附固定效果。
[0032]实施例1
[0033]一种矿物分馏溶解性有机质材料的制备方法及其在重金属钝化中的应用，具体步骤如下：
[0034](1)DOM的提取：将采集的土壤样品自然风干后研磨过150目筛网；按水土质量比为0.5:1混合后，300rpm条件下震荡48h；进一步将震荡后的悬浊液8000rpm条件下离心，取上清液抽滤过0.25μm滤膜获得DOM。
[0035](2)进一步，将所得DOM利用TOC分析仪测其总有机碳的浓度，用于进一步实验。
[0036](3)进一步，称取2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿物分馏溶解性有机质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)三价铁盐加入DOM溶液中，调整pH到7
‑
8，搅拌获得矿物分馏溶解性有机质材料悬浊液；(2)将步骤(1)所述的矿物分馏溶解性有机质材料悬浊液离心、洗涤、冷冻、过筛后得到矿物分馏溶解性有机质材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述三价铁的浓度为0.01
‑
0.1mol/L；所述三价铁和DOM浓度的摩尔比为1:1
‑
1:10。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述搅拌的转速为200
‑
300rpm，搅拌的时间为4
‑
8小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述离心的转速为8000
‑
10000rpm；所述洗涤为用去离子水洗涤，洗涤至固体材料电导率在100μS/cm以下；步骤(2)所述冷冻干燥的温度为
‑
35℃至
‑
40℃；所述过筛为过150
‑
200目筛网。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴平霄，李义豪，牛文超，姜璐，李帅帅，党志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：