[发明专利]一种经修饰的SDS纳米零价铁及其应用

说明书

本发明属于污染环境中重金属污染修复领域，公开了一种经修饰的SDS纳米零价铁，其按照如下工艺制备而得：1)将铜绿假单胞菌和黑曲霉分别培养成一定浓度的铜绿假单胞菌液和黑曲霉菌液，然后混合得到复合菌液；2)往SDS纳米零价铁喷洒复合菌液，搅拌均匀，置于4℃条件下保存。本发明SDS纳米零价铁经过修饰，能够显著降低重金属的浸出毒性。

技术领域

本发明属于污染环境中重金属污染修复领域，涉及一种经修饰的SDS纳米零价铁及其应用。

背景技术

纳米级别的零价铁具有普通毫米级或微米级零价铁不能比拟的还原吸附能力，能高效得将环境污染物，如含氯有机物、有毒金属、无机化合物转变为低毒或惰性的物质，越来越受到科研工作者的关注。如自2003年以来，美国环保总署已通过使用纳米铁技术，对40多个TCE/DNAPL污染场地的地下水进行的现场试验结果表明，在较短时间内，污染物去除率达到98％以上。除广泛应用于有机污染物的修复外，纳米零价铁已开始应用于水中重金属污染的治理，如Cd、As、Cr、Zn、Ni、Ag和Pb等。研究表明一定的纳米零价铁剂量可将地下水中As(V)全部去除，纳米零价铁对水体中的Cr(VI)和Pb(II)的反应速率为普通铁粉的30倍，反应两个月后其对Cr(VI)的去除量为普通铁粉的4.8倍，显示了纳米零价铁突出的反应活性。

鉴于纳米零价铁比传统零价铁在重金属污染处理方面更具优越性，有研究者开始尝试利用改性后的纳米零价铁作为土壤稳定剂处理As、Cr(VI)、Hg等单一重金属污染土壤，具有较好稳定效果。研究发现十二烷基硫酸钠改性纳米零价铁(SDS-nZVI)对砷具有稳定作用，使砷尾矿渣中浸出毒性法(TCLP)提取的As含量下降52.25％。对于多金属污染土壤，目前的研究较为缺乏。对纳米零价铁修复重金属污染的机理研究，目前主要集中在水体中纳米零价铁去除重金属的机理，包括：(1)与重金属的标准氧化还原电位有关，理论上只要标准氧化还原电位高于Fe²⁺/Fe(-0.41V)的元素，即可被Fe还原；(2)纳米零价铁粒径小、比表面积大，因此表面能量高、吸附能力强，能通过吸附作用去除水中部分重金属离子；(3)Fe将H₂O转变成H₂和OH^-，溶液中某些金属离子与OH^-在纳米零价铁粒子表面进行配合，生成微溶物的共沉淀作用。一种元素通常存在多种机理。高分辨率X射线光电子能谱(HR-XPS)结果显示溶液中Zn²⁺和Cd²⁺未被还原，而Hg²⁺、Ag⁺被还原为单质Hg和Ag。研究发现溶液中部分Pb²⁺与纳米铁表面的OH^-配合形成Pb(OH)₂和PbO₂，而另一部分吸附的Pb²⁺则被还原为零价铅的结论。有研究利用XPS、X射线近边光谱(XANES)和X射线精细结构光谱(EXAFS)发现，溶液中Cr(VI)全部还原为Cr(III)并在纳米零价铁颗粒表面以Cr(OH)₃沉淀及Cr_xFe₁-

x(OH)₃形式存在。在污染土壤中，目前已有的研究主要集中在对纳米零价铁及其改性对土壤重金属的稳定效果，其对重金属的稳定机制尚不明确。由于土壤是由多种成分和不同大小颗粒组成的非均质体，不同粒级组分的理化性质存在差异，对重金属元素的吸附能力也具有很大差异。有研究表明，土壤颗粒中的砷含量与黏粒比例呈正相关，土壤细颗粒中砷含量更高。同样在土壤中，随着土壤粒径的减小，Cd和Zn的含量逐渐增加。这就为研究稳定剂稳定化重金属的机理研究带来困难。传统的重金属稳定剂/改良剂，如石灰石、粉煤灰、粘土矿物材料等，对土壤中重金属的稳定机理主要是：