一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及农田土壤修复领域，具体涉及一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。本发明专利技术分别选择生物质炭和柠檬酸对纳米氧化铁进行改性，得到生物质炭负载的纳米氧化铁和柠檬酸负载的纳米氧化铁，经改性的两种纳米氧化铁，与含硅物质进行混合得到纳米氧化铁复合材料。本发明专利技术制得纳米氧化铁复合材料中纳米氧化铁的含量不超过复合材料整体含量的5%，并且将所得纳米氧化铁复合材料按100

A nano iron oxide composite material that can treat arsenic pollution in soil, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及农田土壤修复领域，具体涉及一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]砷是一种毒性很强且具有致癌作用的化学元素，被世界卫生组织列为优先处理的有毒物质之一，一旦土壤受到As污染，As就会通过食物链的传播进入人体内，对人体内脏骨骼等有较大的毒性作用。目前，用于固化土壤As的材料主要有含铁物质、含硫物质、稀土材料、钙盐等，其中以含铁、含硫物质效果较好。近几年来，纳米铁由于具有大的比表面积和高的反应活性，成为一种前景广阔的土壤修复材料。然而，由于纳米颗粒体积小、易团聚，其还原性强则在氧气存在的情况下易被氧化，因此该技术实施时需要对其进行改性，如聚合物包覆、其它材料负载、添加稳定剂等。中国专利技术专利申请(申请号201810520363.6)公开了基于有机粘土负载纳米氧化铁系的土壤砷与铬污染修复药剂。该修复药剂由有机蒙脱土负载纳米零价铁与有机蒙脱土负载纳米氧化铁这两种组分混合配制而成，各组分的重量百分比为：有机蒙脱土负载纳米零价铁为55～85％，有机蒙脱土负载纳米氧化铁为15～45％。该修复药剂使用后土壤砷的稳定化效率能提高10
‑
20％。但是该修复剂同时用到纳米零价铁与纳米氧化铁，成本较高，且降低效率相对来说不高，制作步骤多、工艺复杂，不利于大规模推广。
[0003]论文“膨润土负载纳米铁的改性及对水中As(
Ⅴ
)的吸附”，用十六烷基三甲基溴化铵对膨润土负载纳米零价铁进行表面改性，得到表面改性膨润土负载纳米铁对水中As的去除率能达到90％。但是该改性的纳米零价铁只针对水中砷去除做了研究，未对土壤中As修复进行研究，水体和土壤系统存在较大的差异，因此该材料对土壤As的修复作用具备很大的不确定性。
[0004]中国专利技术专利申请(申请号201911358166.X)公开了绿色合成纳米铁(纳米零价铁或纳米氧化铁)络合凹凸棒石制备土壤重金属钝化材料的方法。该绿色合成纳米铁络合凹凸棒石制备土壤重金属钝化材料与对照相比，可使玉米生物量增加36.5％，同时钝化剂的施用降低了玉米地上部分镉含量的33.7％。该钝化剂仅对重金属镉的修复效率进行了验证，而镉和砷的性质存在较大差异，该钝化剂不一定适用于修复重金属砷。且该钝化剂的投加量需达到土壤量的4％，添加量过大，成本也较高。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术和产品中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。本专利技术制得纳米氧化铁复合材料中纳米氧化铁的含量不超过复合材料整体含量的5％，并且将所得纳米氧化铁复合材料按100
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150kg/亩撒施至砷污染土壤，作物砷含量降低最高幅度可达到70％。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0007]一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料，由重量百分比如下的几种组分制成：
[0008]原料
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重量百分比
[0009]生物质炭负载的纳米氧化铁10
‑
22％
[0010]柠檬酸负载的纳米氧化铁2
‑
8％
[0011]含硅物质70
‑
85％
[0012]优选的，所述纳米氧化铁复合材料由重量百分比如下的几种组分制成：
[0013]原料
ꢀꢀꢀ
重量百分比
[0014]生物质炭负载纳米氧化铁20％
[0015]柠檬酸负载纳米氧化铁
ꢀꢀꢀ
2.2％
[0016]含硅物质 78.8％
[0017]进一步，所述纳米氧化铁粒径为10
‑
50nm，优选30
±
5nm。
[0018]进一步，所述含硅物质为硅灰石、硅藻土等。
[0019]进一步，所述复合材料过60
‑
80目筛。
[0020]进一步，所述生物质炭负载的纳米氧化铁的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)取废弃生物质(例如：稻壳和/或小麦秸秆等)为原料在600℃缺氧环境下高温碳化2
‑
3h，所得碳化产物经酸洗，水洗至中性后，烘干，研磨成粉，再用去离子水多次清洗，在90℃
‑
100℃下烘干，得生物质炭；
[0022](2)取纳米氧化铁溶解于蒸馏水，在230
‑
260r/min转速下超声0.5
‑
1h，在氮气保护下，加入生物质炭(生物质炭与纳米氧化铁的质量比为9：1)，同时滴加少量0.1mol/LNaBH4，搅拌均匀，继续在230
‑
260r/min转速下超声0.5
‑
1h，超声完成后放入恒温振荡摇床振荡器中(25℃、100
‑
130r/min)振荡12
‑
24h，振荡结束后沉淀24
‑
48h，倒掉上清液后用无水乙醇清洗至少3次，最后放入110℃干燥箱中干燥12
‑
24h，即得到生物质炭负载的纳米氧化铁。
[0023]进一步，所述柠檬酸负载的纳米氧化铁的制备方法，包括以下步骤：取纳米氧化铁溶解于蒸馏水，在200
‑
260r/min转速下超声0.5
‑
1h，加入柠檬酸(柠檬酸与纳米氧化铁的质量比为1：10)搅拌均匀，放入摇床中以150
‑
180r/min转速转动10
‑
12h，再静置24
‑
48h后，倒掉上清液后，用无水乙醇进行洗涤至少3次，最后放入110℃干燥箱中干燥12
‑
24h，即得到柠檬酸负载的纳米氧化铁。
[0024]上述可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]将含硅物质研磨成粉；按一定质量百分比分别取生物质炭负载的纳米氧化铁、柠檬酸负载的纳米氧化铁和硅灰石粉，混合均匀，研磨过60
‑
80目筛，即得。
[0026]上述纳米氧化铁复合材料及上述方法制得的纳米氧化铁复合材料在砷污染土壤修复中的应用。
[0027]具体应用时，在作物种植前，将所述纳米氧化铁复合材料均匀撒施至土壤中，撒施量为100
‑
150kg/亩，根据土壤情况适当洒水，保持土壤含水率为15
‑
25％，使所述纳米氧化铁复合材料充分溶解在土壤中。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有的优点和有益效果在于：
[0029](1)本专利技术中选用纳米氧化铁，纳米氧化铁中铁的含量是普通铁含量的3 倍，其具
有大的比表面积和高的反应活性，能长期有效的吸附土壤中的砷。考虑到纳米氧化铁的易聚合性，本专利技术用生物质炭进行改性，在不破坏纳米氧化铁高反应活性的前提下增加纳米氧化铁的稳定性，同时生物质炭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料，其特征在于，由重量百分比如下的三种组分制成：组分重量百分比生物质炭负载的纳米氧化铁10
‑
22%；柠檬酸负载的纳米氧化铁2
‑
8%；硅灰石或硅藻土70
‑
85%；所述纳米氧化铁复合材料过60
‑
80目筛；所述生物质炭负载的纳米氧化铁的制备方法，包括以下步骤：（1）取稻壳和/或小麦秸秆为原料在600℃缺氧环境下高温碳化2
‑
3h，所得碳化产物经酸洗，水洗至中性后，烘干，研磨成粉，再用去离子水多次清洗，在90℃
‑
100℃下烘干，得生物质炭；（2）按质量比9：1分别取生物质炭和纳米氧化铁溶于水，超声，振荡，静置，取沉淀醇洗，干燥，得到生物质炭负载的纳米氧化铁；所述柠檬酸负载的纳米氧化铁的制备方法，包括以下步骤：按质量比1：10分别取柠檬酸和纳米氧化铁溶于水，超声，振荡，静置，取沉淀醇洗，干燥，得到柠檬酸负载的纳米氧化铁；所述纳米氧化铁粒径为10
‑
50nm。2.根据权利要求1所述的一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料，其特征在于，所述生物质炭负载的纳米氧化铁的制备方法，包括以下步骤：（1）取稻壳和/或小麦秸秆为原料在600℃缺氧环境下高温碳化3h，所得碳化产物经酸洗，水洗至中性后，烘干，研磨成粉，再用去离子水多次清洗，在90℃
‑
100℃下烘干，得生物质炭；（2）取纳米氧化铁溶解于蒸馏水，在230
‑
260 r/min转速下超声0.5
‑
1h，在氮气保护下，加入生物质炭，所述生物质炭与纳米氧化铁的质量比为9：1，同时逐滴加入少量0.1mol/L NaBH4，搅拌均匀，继续在230
‑
260r/min转速下超声0.5
‑
1h，超声完成后放入温度为25℃、转速为100
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130r/min的恒温振荡摇床振荡器中振荡12
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海伟，胡露，唐守寅，
申请(专利权)人：南京中壤生态环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：