[发明专利]一种多糖改性的铁锰双金属材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多糖改性的铁锰双金属材料及其制备方法，并应用该材料进行砷污染土壤和地下水的修复，所述材料为棕褐色胶体，无定形态结构，制备过程采用淀粉和黄原胶进行二次改性，两者浓度分别为5.0～15.0g/L、0.5～2.0g/L，所含铁、锰元素摩尔比为3:1～4:1。本发明制备的新型材料平均粒径50～200nm，比表面积155.7～285.5m²/g，具有丰富的表面羟基活性位点，对砷具有氧化解毒和吸附的双重作用，对水体中As(III)和As(V)的吸附容量分别能达到284mg/g和161mg/g，能使土壤中砷的TCLP毒性浸出浓度稳定降低60％～95％。所述材料在土壤、沉积物和地下水中迁移能力强，能够有效进入介质低渗透区，可通过搅拌或注入的方式将其原位混合至土壤和地下水污染区，最大迁移距离可至5～12m。

技术领域

本发明涉及一种用于砷污染土壤和地下水修复的多糖改性的铁锰双金属材料及其制备方法和应用，属土壤和地下水污染修复技术领域。

背景技术

砷元素是一种致癌、致畸、致突变的有毒元素，广泛分布于土壤和地下水中。据世界卫生组织公布，全球至少有5000多万人口正面临着地方性砷中毒的威胁，而中国正是受砷中毒危害最为严重的国家之一。砷对环境的污染一旦形成，将很难在环境中消除，特别是对水体和土壤的污染，最终可以通过食物链或地表水、地下水进入人体而危害人类健康，由此引起人畜中毒的事件时有发生。截止2013年，中国已成为最大的砷制品生产国，约占全球市场份额的56％以上。由于砷背景值高、含砷矿产资源无序开采、含砷农业制剂的过度使用等，导致我国矿冶活动密集的广西、云南、湖南等地，以及内蒙古、贵州等西部高砷地区存在大面积的土壤和地下水砷污染问题，并已严重威胁居民身体健康及经济社会快速发展。

铁基材料表面含有丰富的羟基位点-OH，能够以专性和非专性吸附的方式与砷酸根、亚砷酸根离子结合形成内表面和外表面螯合物，对砷有较高的吸附容量，而且其原料来源丰富，对环境影响小，常被用于砷污染土壤和地下水修复。目前使用较多的铁基材料主要包括铁(氢)氧化物、(亚)铁盐、零价铁、含铁工业副产品等，近年来，有研究通过负载其他重金属(如Mn、Zr、Ti、Co、Cu、Ce等)合成铁基复合氧化物，显著提高了其对As的吸附容量。2009年曲久辉等公开了一种铁锰氧化物/硅藻土吸附剂的制备、使用及再生方法(CN100509137C)，该发明将铁锰双金属氧化物负载于颗粒硅藻土上，能够有效降低废水As(V)和As(III)含量。2013年孔淑琼等公开了一种纳米铁锰复合氧化物除砷材料的制备方法(CN 102745792B)，对水体中砷的去除率可达96％以上。

但目前已有的铁锰双金属材料多为粉末状，一般作为滤柱填料使用，常用于含砷废水处理领域，其制备过程经过脱水、煅烧、研磨等步骤，工艺繁琐，能耗较高，而且受限于材料自身的固体性质，对于深层污染土壤和地下水的修复需借助大型钻进搅拌设备以达到药剂注入及混匀的目的，能耗大、成本高、技术操作难度大，限制了其原位的可利用性。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种多糖改性的铁锰双金属材料及其制备方法和应用，所述材料平均粒径50～200nm，比表面积155.7～285.5m²/g，具有丰富的表面羟基活性位点，对砷具有氧化解毒和吸附的双重作用，对水体中As(III)和As(V)的吸附容量分别能达到284mg/g和161mg/g，能使土壤中砷的TCLP毒性浸出浓度稳定降低60％～95％；所述材料在土壤、沉积物和地下水中迁移能力强，能够有效进入介质低渗透区，可通过搅拌或注入的方式将其原位混合至土壤和地下水污染区，最大迁移距离可至5～12m。

本发明技术解决方案之一，一种用于砷污染土壤和地下水修复的多糖改性的铁锰双金属材料，所述材料为棕褐色胶体，无定形态结构，平均粒径50～200nm，比表面积155.7～285.5m²/g，具有丰富的表面羟基活性位点。

本发明技术解决方案之二：如图1所示，一种制备所述的多糖改性的铁锰双金属材料的方法，实现步骤为：