高效固化镉和锌的有机稳定化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了高效固化镉和锌的有机稳定化材料及其制备方法和应用，所述有机稳定化材料为羧基

【技术实现步骤摘要】
高效固化镉和锌的有机稳定化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有色冶炼场地重金属复合污染修复
，更具体地，涉及高效固化镉和锌的有机稳定化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]我国是有色金属生产和消费大国，2022年十种有色金属产量达6774万吨，占全球产量50％以上。伴随着有色金属工业的快速发展，引来的环境污染问题受到广泛关注。由于长期的冶炼活动，导致冶炼场地重金属严重污染，多数呈现出重金属复合污染如锑、砷、铅、镉和锌等，对当地地下水、农业生产和日常生活造成不可估量的危害，迫切需要科学合理经济实用技术来修复。
[0003]目前，有色冶炼场地重金属污染修复已有多种修复技术如植物修复、生物修复和固化/稳定化技术等，其中固化/稳定化技术具有操作简单、费用低及稳定性好等优点，已成为有色冶炼场地重金属复合污染修复普遍适用的技术方法。现有固化/稳定化技术中使用的稳定化材料一般分为无机和有机。其中无机稳定化材料易制取，价格低廉，但受外界环境因素影响后，容易导致稳定化的重金属二次浸出；而有机稳定化材料如复合改性生物炭，一般具有较丰富的孔径和比表面积且稳定化后受到外界因素影响小，应用较广泛。
[0004]但不同类型复合改性生物炭对不同种类重金属的固化稳定效果存在明显差异，如专利CN201710685550.5《硫基
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巯基改性生物炭的制备方法及改性生物炭》中改性生物炭能够使土壤中可交换态镉降低32.17％，但固化效果还有待提升，而专利CN113019326A《一种铁基r/>‑
羧基改性生物炭及其制备方法与应用》中改性生物炭能够较好的固化土壤中的锑、砷、铅，但对重金属镉和锌的固化效果较差。一般改性生物炭对重金属的固化稳定能力往往受制备工艺的影响。因此，研究一种高效固化镉和锌的有机稳定化材料，有利于多种重金属复合污染土壤的修复。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了高效固化镉和锌的有机稳定化材料及其制备方法和应用，其目的在于发现采用低浓度为5％～20％的过氧化氢溶液进行羧基改性，反而增加了羧基的负载量和孔隙结构，同时按照每升1～3mol/L硫酸溶液加入20
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30g干燥的赤泥能够使赤泥释放大量Fe
3+
，使得铁基改性溶液中Fe
3+
浓度可达0.03～0.18mol/L，可使铁基生成量极大化，同时1～3mol/L硫酸能够使生物炭进一步脱水形成不定性炭，可极大地改变生物炭表面物相结构，利于铁基负载在改性生物炭表面，获得一种改进的羧基
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铁基复合改性生物炭，其表面负载大量羧基基团和铁基基团，发现能够显著提高对重金属镉和锌的固化稳定效果，同时还能进一步提升对重金属锑、砷和铅的固化稳定效果，由此解决现有的羧基
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铁基复合改性生物炭对重金属镉和锌的固化稳定效果差的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高效固化镉和锌的有机稳
定化材料，其所述有机稳定化材料为羧基
‑
铁基复合改性生物炭，所述羧基
‑
铁基复合改性生物炭，比表面积在90m2/g以上，按照质量分数其表面负载66％～95％氧元素、14％～30％铁元素，其中氧元素以羧基型式负载，铁元素以铁基型式负载；所述羧基包括
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COOH和
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COH，所述铁基型式包括FeOOH和Fe3O4。
[0007]优选地，所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料，其所述羧基
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铁基复合改性生物炭，其碳含量为80％～99％，pH为8.2～11.1，比表面积为90～125m2/g，粒度为0.2～0.4mm。
[0008]按照本专利技术的另一方面，还提供了一种如本专利技术所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0009](1)羧基改性：获取干燥后的生物炭粉末，按照每升过氧化氢溶液加入10～20g生物炭粉末充分混合，常温搅拌，固液分离，固相干燥后即为羧基改性生物炭；所述过氧化氢溶液浓度为5％～20％；
[0010](2)铁基改性：按照每升铁基改性溶液加入10
‑
30g步骤(1)获得的羧基改性生物炭，常温搅拌使两者充分混合，经固液分离，固相干燥后即为羧基
‑
铁基复合改性生物炭；
[0011]所述铁基改性溶液为干燥的赤泥与浓度为1～3mol/L的硫酸溶液充分混合后固液分离获得，其铁基改性溶液Fe
3+
浓度为0.03～0.18mol/L。
[0012]优选地，所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料的制备方法，其所述铁基改性溶液，具体按照如下方法获得：
[0013]按照每升浓度为1～3mol/L的硫酸溶液加入20
‑
30g干燥的赤泥充分混合，常温搅拌1h～3h，固液分离即为铁基改性溶液；
[0014]所述干燥的赤泥，是将工业固体废弃物赤泥经30℃至60℃烘干后研磨成粉末状，过10
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20目筛获得，其pH为9.5～11.5，铁氧化物的质量占比为30％～55％。
[0015]优选地，所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料的制备方法，其步骤(1)所述羧基改性生物炭，按照固液分离后的固相在30℃至50℃烘干后研磨成粉末状，过40
‑
100目筛筛选获得。
[0016]优选地，所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料的制备方法，其步骤(1)所述生物炭粉末，按照生物炭干燥后研磨成粉末状，经40～100目筛筛选获得。
[0017]优选地，所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料的制备方法，其步骤(2)所述羧基
‑
铁基复合改性生物炭，按照固液分离后的固相在30℃至50℃烘干后研磨成粉末状，过40
‑
100目筛筛选获得。
[0018]按照本专利技术的另一方面，还提供了一种如本专利技术所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料在重金属污染土壤修复中的应用，其所述重金属污染，包括镉和/或锌污染。
[0019]优选地，所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料在重金属污染土壤修复中的应用，其所述重金属污染，还包括重金属锑、砷和铅中一种或多种复合污染。
[0020]优选地，所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料在重金属污染土壤修复中的应用，其在重金属污染土壤修复中，按照土壤质量的1.0％～2.0％添加羧基
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铁基复合改性生物炭稳定化材料，自然状态下培育30～45天。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0022]本专利技术提供的高效固化镉和锌的有机稳定化材料，由于先采用浓度较低的过氧化
氢溶液(过氧化氢溶液浓度为5％～20％)进行羧基改性，不仅降低了材料成本，反而能够最大程度负载羧基，增加大量官能团和空隙结构，再采用按照每升1～3mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效固化镉和锌的有机稳定化材料，其特征在于，所述有机稳定化材料为羧基
‑
铁基复合改性生物炭，所述羧基
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铁基复合改性生物炭，比表面积在90m2/g以上，按照质量分数其表面负载66％～95％氧元素、14％～30％铁元素，其中氧元素以羧基型式负载，铁元素以铁基型式负载；所述羧基包括
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COOH和
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COH，所述铁基型式包括FeOOH和Fe3O4。2.如权利要求1所述的高效固化镉和锌的有机稳定化材料，其特征在于，所述羧基
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铁基复合改性生物炭，其碳含量为80％～99％，pH为8.2～11.1，比表面积为90～125m2/g，粒度为0.2～0.4mm。3.一种如权利要求1或2所述高效固化镉和锌的有机稳定化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)羧基改性：获取干燥后的生物炭粉末，按照每升过氧化氢溶液加入10～20g生物炭粉末充分混合，常温搅拌，固液分离，固相干燥后即为羧基改性生物炭；所述过氧化氢溶液浓度为5％～20％；(2)铁基改性：按照每升铁基改性溶液加入10
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30g步骤(1)获得的羧基改性生物炭，常温搅拌使两者充分混合，经固液分离，固相干燥后即为羧基
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铁基复合改性生物炭；所述铁基改性溶液为干燥的赤泥与浓度为1～3mol/L的硫酸溶液充分混合后固液分离获得，其铁基改性溶液Fe
3+
浓度为0.03～0.18mol/L。4.如权利要求3所述的高效固化镉和锌的有机稳定化材料的制备方法，其特征在于，所述铁基改性溶液，具体按照如下方法获得：按照每升浓度为1～3mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：史力争，卢加伟，朱锋，海景，范家荣，谢冰，洪澄泱，张洁茹，陈杰娥，曾照群，谢颖诗，程涛，郭欣，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：