本发明专利技术公开了一种用于修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料，该碳材料的制备方法包括步骤：将富铁污泥加入高锰酸钾溶液中，置于水平震荡箱震荡60min，后静置12h，进行充分浸渍氧化改性。所得产物进行抽滤并用去离子水冲洗至滤液至澄清状态后放入105℃烘箱中干燥。干燥后所得物料所得物料置于管式炉中，在氮气氛围下采用一步法热解制备碳材料。冷却后研磨至过100目筛，获得锰改性铁泥基炭材料。本发明专利技术的制备的方法获得的材料能有效去除水溶液中镉砷离子，同时降低污染土壤中镉砷的毒性及改善土壤环境，实现镉砷污染水体和土壤的修复治理。修复治理。
【技术实现步骤摘要】
一种修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料的制备及应用
[0001]本专利技术涉及水、土环境中重(类)金属污染治理
，更具体地说涉及一种修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料的制备及其应用
技术介绍
[0002]我国土壤污染类型主要以重金属代表的无机污染物为主，其中镉和砷的污染面积大、污染范围广。土壤中重金属镉砷积累不仅对土壤生物系统、植物生态系统造成危害，还会通过食物链以及污染地下水等途径进入人体，对人体健康产生风险。土壤重金属污染原位钝化技术具有成本低廉、操作方便等优点备受关注，该技术难点在于钝化材料的开发。生物炭因其具有丰富的微孔结构、较大的比表面积和吸附能力在水、土环境中作为修复材料具有广阔的应用前景。然而由于镉和砷具有相反的化学性质，使得单一/原质的碳材料难以同时修复这两种重金属，通常需要对生物炭进行改性处理或复配其他类型钝化材料从而达到特定的修复目标。目前对于镉砷复合污染吸附通常负载铁基材料为主，如零价铁、硫酸亚铁和氯化铁等材料增强生物炭对镉和砷的吸附/钝化能力，从而降低镉和砷的生物毒性。
[0003]目前，随着城镇化水平的不断提高，污水处理量不断增加，导致工业污水处理厂所排放的富铁污泥含量与日俱增，富铁污泥含有各种病原体、一般有机物及酸、碱、盐无机污染物且富有较高的含铁量。如何有效处置富铁污泥或对其进行资源化利用成为难点。当前多数铁基材料铁负载量有限，负载分散性差，且负载上的零价铁存在聚集效应，从而影响反应活性，无法有效修复污染水体或土壤。而以富铁污泥为前具体进行高温热解能够原位形成负载零价铁的生物炭材料。此外，锰相较于铁具有更高的活化度，高锰酸钾浸渍不仅能显著增加材料含氧官能团，还能负载锰氧化物，从而提高吸附活性点位，锰氧化物具有较大的比表面积、较强的活性，可通过氧化作用改变污染物的存在形态，并且能够延迟零价铁表面的氧化膜沉淀而维持零价铁反应活性。
[0004]因此，利用通过高锰酸钾浸渍氧化改性富铁污泥并热解制备铁基碳材料，不仅可以原位制备铁基碳材料，同时锰的引入表现出明显的协同作用，在富铁污泥处理与资源化利用及环境污染治理领域有着较高的应用价值，且目前尚未见有利用高锰酸钾改性富铁污泥制备铁基碳材料作为水、土环境中镉砷污染修复材料的开发及应用的报道。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于提供一种可修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料及其应用，该材料对富铁污泥资源化利用的同时，同时可用于修复治理水、土环境中镉砷污染，丰富目前已有钝化修复材料的成果。本专利技术的目的通过以下具体技术方案予以实现：
[0006]一种修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料制备步骤如下：
[0007](1)将富铁污泥加入高锰酸钾溶液中，置于水平震荡箱震荡60min，后静置12h，进行充分浸渍氧化改性。所得产物进行抽滤并用去离子水冲洗至滤液至澄清状态后放入105
℃烘箱中干燥。
[0007](2)将步骤(1)所得物料置于管式炉中，在氮气氛围下采用一步法热解制备碳材料。冷却后研磨至过100目筛，获得锰改性铁泥基炭材料。
[0007]进一步，步骤(1)所述的富铁污泥含铁量为40％
‑
70％。
[0007]进一步，步骤(1)所述富铁污泥与高锰酸钾溶液固液比为：1:5(g),其中高锰酸钾溶液浓度为5％。
[0007]进一步，步骤(2)所述的一步法热解条件为：在氮气氛围下以10℃/min升温速率升温至至700
‑
800℃，保温时间为2h。
[0007]本专利技术制得的可修复水、土环境中Cd、As污染的锰改性铁泥基碳材料，其特征在于，所述碳材料应用于含镉、砷污染的水体中进行吸附，应用时将碳材料以固体粉末的形式添加至污染水体中。碳材料对Cd
2+
的理论最大吸附容量为95.34mg/g，对As
3+
的理论吸附容量为116.83mg/g。
[0007]本专利技术所述可修复水、土环境中Cd、As污染的锰改性铁泥基碳材料，应用于含镉、污染的水体时，所述碳材料的添加量为：每升污染水体添加500
‑
1000mg碳材料，污染水体的pH＝4
‑
6，添加碳材料后将污染水体在温度为25℃条件下以180rpm往复震荡12h。
[0012]本专利技术所述碳材料应用于含镉、砷污染的土壤中进行钝化修复，应用时将碳材料以固体粉末的形式添加，应用时采用全自动搅拌机使其与土壤混合均匀，湿度维持在田间对大持水量的60％，在25℃下恒温培养30d，定时通过恒重法补充水分。
[0012]进一步，所述镉砷污染的土壤pH为6.0
‑
7.0，土壤有效态Cd含量为14.7mg/kg，土壤有效态砷含量为43.26mg/kg。
[0013]本专利技术所述碳材料在污染土壤中的添加量为污染土壤质量的2％。
[0014]本专利技术碳材料具有如下有益效果：
[0015]1.以富铁污泥作为原料进行热解制备铁基材料碳化，实现了污泥的减量化、资源化，达到“以废治废”的目的，同时解决了铁基生物炭零价铁负载量低的问题。高锰酸钾作为改性剂，形成了氧化锰的保护壳，解决了零价铁聚集效应，从而提高了反应活性及化学吸附的能力。
[0016]2.制备所得炭材料对中高浓度的镉砷污染水体具有较强的吸附性能，碳材料对Cd
2+
的理论最大吸附容量为95.34mg/g，对As
3+
的理论吸附容量为116.83mg/g。
[0017]3.在镉砷污染的旱地土壤应用本专利技术碳材料可降低镉砷生物有效性，促使镉砷由迁移性和毒性较高的形态向较为稳定形态转化，同时能够有效改善土壤环境，增加土壤肥力。
附图说明
[0018]图1为锰改性铁泥基碳材料的表面微观形貌及特性，
[0019]图2为锰改性铁泥基碳材料与对比例吸附镉、砷随时间变化曲线；
[0020]图3为不同初始浓度下本专利技术碳材料对水溶液中镉、砷的吸附容量；
[0022]图4为本专利技术碳材料处理下对土壤理化性质的影响
[0023]图5为本专利技术碳材料处理下对土壤重金属有效态Cd、As稳定效果具体实施方法
[0024]下面结合实例对本专利技术的技术方案作进一步的描述：
[0025]本专利技术锰改性铁泥基碳材料的制备方法如下：
[0026]步骤S1：将富铁污泥加入高锰酸钾溶液中，置于水平震荡箱震荡60min，后静置12h，进行充分浸渍氧化改性。所得产物进行抽滤并用去离子水冲洗至滤液至澄清状态后放入105℃烘箱中干燥。所述的富铁污泥含铁量为40％
‑
70％，所述富铁污泥与高锰酸钾溶液固液比为：1:5(g),其中高锰酸钾溶液浓度为5％。步骤S2：将步骤(1)所得物料置于管式炉中，在氮气氛围下采用一步法热解制备碳材料。冷却后研磨至过100目筛，获得锰改性铁泥基炭材料。所述的一步法热解条件为：在氮气氛围下以10℃/min升温速率升温至至70本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料，其特征在于，所述碳材料是有一下原料制备合成的：富铁污泥、高锰酸钾(KMnO4)制备步骤如下：(1)将富铁污泥加入高锰酸钾溶液中，置于水平震荡箱震荡60min，后静置12h，进行充分浸渍氧化改性。所得产物进行抽滤并用去离子水冲洗至滤液至澄清状态后放入105℃烘箱中干燥。(2)将步骤(1)所得物料置于管式炉中，在氮气氛围下采用一步法热解制备碳材料。冷却后研磨至过100目筛，获得锰改性铁泥基炭材料。2.根据权利要求1所述的一种修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料，其特征在于：步骤(1)所述的富铁污泥含铁量为40％
‑
70％。3.根据权利要求1所述的一种修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料，其特征在于：步骤(1)所述富铁污泥与高锰酸钾溶液固液比为：1:5(g),其中高锰酸钾溶液浓度为5％。4.根据权利要求1所述的一种修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料其特征在于：步骤(2)所述的一步法热解条件为：在氮气氛围下以10℃/min升温速率升温至至700
‑
800℃，保温时间为2h。5.根据权利要求1所述可修复水、土环境中镉砷污染的锰改性铁泥基碳材料，其特征在于，制备得到的碳材料以零价铁、零价锰和铁锰化合物为主要成分的碳材料，其表面微观形貌是存在许多不规则球状的多孔结构，其表面存在大量羟基(
‑
OH)。6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈天来，廖长君，黎秋君，张新英，谢沛羲，刘娟娟，
申请(专利权)人：南宁师范大学，
类型：发明
国别省市：
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