[发明专利]一种多孔铁基吸附材料及其制备方法和在重金属污染土壤修复中的应用

说明书

本发明公开了一种多孔铁基吸附材料及其制备方法和在重金属污染土壤修复中的应用。将铁碳粉置于氧化性溶液中浸泡，得到氧化改性铁碳粉，在氧化改性铁碳粉表面均匀撒上易电离盐类后，置于空气气氛中自然反应，即得多孔铁基吸附材料。多孔铁基吸附材料表面为疏松多孔三氧化二铁，具有大比表面积，大大增加了吸附活性位点，同时具有强磁性，将多孔铁基吸附材料与重金属污染土壤充分混匀接触后，通过磁分离将铁基吸附剂从土壤中分离，从而使重金属污染土壤得以有效修复。多孔铁基吸附材料的制备方法操作简单，生产成本低，过程可控，满足工业大范围生产及推广使用要求。

技术领域

本发明涉及一种吸附材料，特别涉及一种多孔状铁基吸附材料，还涉及多孔铁基吸附材料在重金属污染土壤修复中的应用，属于污染土壤治理领域。

背景技术

土壤是人类生产活动的重要物质基础，由于近些年人类社会的进步，各种高强度的社会活动使土地污染面积增大，土壤污染物超标，危害逐渐加重。土壤中的有害物质尤其是不能被微生物分解氧化的重金属通过食物链在人体内蓄积，对人类的生产活动产生了严重的影响。由于土壤污染具有不可逆性、长期性、滞后性和隐蔽性。因此，对污染的土壤进行有效的修复以实现农业现代化发展是社会经济持续发展的必要前提。

我国土壤中的重金属污染主要包括铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、铜(Cu)、镍(Ni)等污染，砷虽不属于重金属，但其行为、危害及来源均与重金属相似，因此通常列入重金属类中进行讨论。我国约有20％的农业耕地受到重金属污染，每年损失粮食1000多万吨。治理土壤重金属污染主要是通过改变重金属在土壤中的存在形态使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性。通过物理、化学生物等方法，大幅去除土壤中的重金属，从而使其在土壤中含量接近背景值。传统的土壤修复技术主要包括换土、深耕、淋洗、钝化和生物修复，而性价比高，环境友好、高效率的新型土壤修复技术急需开发。

发明内容

为解决现有技术中重金属及砷污染土壤处理成本高，操作复杂等问题，本发明的第一个目的是在于提供一种多孔状铁基吸附材料，该材料表面具有多孔结构，比表面大，对重金属及砷的吸附能力强，同时具有磁性，可以通过磁选分离回收，是较为理想的重金属污染土壤修复材料。

本发明的第二个目的在于提供一种操作简单、低成本、条件温和的制备多孔状铁基吸附材料的方法，该方法有利于工业化生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种多孔状铁基吸附材料在重金属污染土壤修复中的应用，将其添加在土壤中，对土壤中游离态重金属及砷具有较强的吸附和富集作用，且吸附材料可以磁选分离回收，从而使受污染的土壤中的有害元素通过多次磁选逐渐恢复至土壤背景值，阻止重金属从土壤迁移转化到植物，放置重金属的生物富集和放大，特别是多孔状铁基吸附材料可以通过化学脱附手段清洗后可重复利用，有利于推广应用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种多孔铁基吸附材料的制备方法，该方法是将铁碳粉置于氧化性溶液中浸泡，得到氧化改性铁碳粉，在氧化改性铁碳粉表面均匀撒上易电离盐类后，置于空气气氛中自然反应，即得。

优选的方案，所述铁碳粉为流态化焙烧工艺制备的超细铁碳粉，粒径小于0.074mm，碳含量为2～4wt％，金属杂质含量不高于2wt％。金属杂质如少量的铜、锌等。本发明优选采用流态化焙烧工艺制备的超细铁碳粉，流态化焙烧工艺可直接利用粉矿，不需要造块、炼焦等复杂流程，减少了污染和能耗，生产效率较高，成本低。流态化焙烧已广泛应用于矿冶领域，可通过氢气、煤气、天然气等将铁精矿还原至铁粉。

优选的方案，所述氧化性溶液包括双氧水溶液和/或次氯酸溶液。氧化性溶液的质量百分比浓度范围在10～30％之间。理论上可以将铁氧化成三氧化二铁的氧化剂均适合本发明方案，优选常见的双氧水和次氯酸。

优选的方案，浸泡时间为3～8分钟。