[发明专利]一种含铁/锰纳米二氧化硅重金属钝化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种含铁/锰纳米二氧化硅重金属钝化剂、其制备方法及应用，属于无机合成和环境科学技术领域，本发明以二氧化硅纳米微粒（SiO₂）为载体，将二氧化硅纳米微粒分散在反应介质中，加入含巯基的有机修饰剂生成巯基改性二氧化硅纳米微粒（SiO₂‑SH），随后与Fe、Mn离子络合/螯合，最后经过分离、干燥得到钝化剂。该钝化剂铁/锰含量占修复剂质量的1%‑10%。该制备方法工艺简单，适用于工业化生产，且修复剂成本低、环境友好，可应用于As、Pb、Cd等重金属污染的土壤或水体修复。

技术领域

本发明属于无机合成和环境科学领域，具体涉及一种含铁/锰纳米二氧化硅重金属钝化剂、其制备方法及应用。

背景技术

随着工业经济发展，由于历史原因，长期积累的重金属污染问题凸现，严重影响国家粮食安全和群众健康，土壤/水体重金属污染修复研究迫在眉睫。2003年黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域的流域片重金属超标断面的污染程度均为超Ⅴ类。全国近岸海域海水采样品中铅的超标率达62.9%，最大值超一类海水标准49.0倍，镉的含量也有超标现象。我国耕地土壤主要受到Cd、Ni、Cu、As、Hg、Pb、DDT和多环芳烃的污染，超标点位高达19.4%，轻微污染、轻度污染、中度污染和重度污染点位分别占13.7%、2.8%、1.8%和1.1%，耕地土壤环境质量令人堪忧。同时，土壤重金属污染还会制约我国经济发展，经统计，我国每年受到重金属污染的粮食高达120万吨，因重金属污染导致粮食减产1000多万吨，至少造成200亿元直接经济损失。这严重影响到我国的粮食安全，并对人体的健康造成极大的威胁。因此通过有效的途径治理重金属污染的土壤/水体，既是促进我国经济发展的要求，也是保护人体健康的重要保障。

纳米二氧化硅是一种造价低廉、环境友好的无机纳米材料，其内部是絮状或网状的不定形结构，表面有大量羟基，易于表面功能化。在表面含有大量羟基的二氧化硅聚集体毛细管力作用下，具有较高的渗透、流动能力，能保证污染的水溶液顺利透过纳米无机材料，并实现重金属离子的高效钝化、吸附。由于巯基二氧化硅中的巯基具有较高的表面活性，易被空气氧化，本发明通过引入Fe、Mn元素，可以有效的保护巯基，从而保证修复剂的稳定性，又可以高效的钝化、吸附土壤/水体中的As、Pb、Cd等重金属。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含铁/锰纳米二氧化硅重金属钝化剂、其制备方法及应用。

实现上述目的的技术方案如下：

一种含铁/锰纳米二氧化硅重金属钝化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将10-100 nm二氧化硅微粒分散于反应介质（甲醇或乙醇的水溶液）中，加入巯基修饰剂（巯基修饰剂添加比例为纳米二氧化硅质量的5-40%），调节溶液pH为4-10，于20-90℃搅拌反应2-24 h，分离后得到巯基二氧化硅纳米微粒；

（2）配制0.1-6 mol·L^-1铁的可溶性盐溶液或锰的可溶性盐溶液，调节溶液pH为1-5；加入含巯基二氧化硅纳米微粒，调节溶液pH为1-5，分散后20-40℃振荡吸附2-24 h，分离、干燥后即得含铁/锰的纳米二氧化硅重金属钝化剂。

优选的，所述含巯基修饰剂为巯基丙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三乙氧基硅烷或其它含巯基的硅氧烷化合物。

进一步，所述Fe的可溶性盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁等可溶性盐中的一种或两种以上，Mn盐为硫酸锰、氯化锰和硝酸锰等可溶性盐中的一种或两种以上。

优选的，巯基原位修饰过程反应介质为甲醇或乙醇的水溶液，水与甲醇或乙醇（优选无水乙醇）体积比为1︰0.05-0.6。

进一步，反应溶液pH调节剂为硝酸、醋酸、硫酸、盐酸和氨水中的一种。