[发明专利]一种铁锰改性椰壳生物炭材料及其制备方法与应用

说明书

一种铁锰改性椰壳生物炭材料及其制备方法与应用，所述材料由可溶性铁盐与可溶性高锰酸盐对椰壳生物炭改性而得，所述材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将可溶性铁盐与可溶性高锰酸盐分别溶于水，混合均匀，调节pH值，得混合溶液；（2）将椰壳生物炭加入步骤（1）所得混合溶液中，得悬浊液；（3）将步骤（2）所得悬浊液超声分散，加热蒸干，然后置于马弗炉中，惰性气体气氛下改性，冷却，洗涤、烘干，得铁锰改性椰壳生物炭；所述材料可高效钝化土壤中Cd、As生物有效性，阻控水稻对Cd、As的吸收与累积，对Cd、As复合污染的土壤具有较好的修复作用。

技术领域

本发明属于重金属污染修复领域，尤其涉及一种铁锰改性椰壳生物炭材料及其制备方法与应用。

背景技术

Cd是银白色有光泽的金属，其毒性较大，被Cd污染的空气和食物对人体危害严重，且在人体内代谢较慢，日本因镉中毒曾出现“痛痛病”。As是类金属元素，广泛存在于自然界，As与其化合物被运用在农药、除草剂、杀虫剂与许多种的合金中。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构把As与其无机化合物列在一类致癌物清单中。

湖南是“有色金属之乡”，同时也是“鱼米之乡”，因有色金属矿山开采导致 Pb、Cd、Hg、As等重金属污染的土壤面积达2.8×10⁴ km²，占湖南省总面积的13%，耕地土壤的重金属污染严重影响了农产品质量。湖南粮食作物以种植水稻为主，2013年被报湖南大米镉含量超标，引起各界高度关注。

生物炭是由生物质材料在缺氧环境下热解而成的一种富碳材料，具有发达的孔隙结构、较大的比表面积和丰富的表面官能团，可有效地钝化土壤中的重金属，降低其生物有效性，是一种应用前景广阔的钝化材料。

因As在自然界中以砷酸盐和亚砷酸盐的形式存在，生物炭通常呈碱性表面带负电，因此会限制其对土壤中As的钝化，因此，生物炭无法同时钝化Cd和As两种重金属。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的不足，提供一种工艺简单、价格低廉、对重金属污染土壤修复效果显著的铁锰改性椰壳生物炭材料。

本发明要解决的第二个技术问题是，提供一种铁锰改性椰壳生物炭材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种铁锰改性椰壳生物炭材料，由可溶性铁盐与可溶性高锰酸盐对椰壳生物炭进行改性而得。

本发明解决第二个技术问题采用的技术方案是，一种铁锰改性椰壳生物炭材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将可溶性铁盐与可溶性高锰酸盐分别溶于水，混合均匀，调节pH值，得混合溶液；

（2）将椰壳生物炭加入步骤（1）所得混合溶液中，得悬浊液；

（3）将步骤（2）所得悬浊液超声分散，加热蒸干，然后置于马弗炉中，在惰性气体气氛下改性，冷却，洗涤、烘干，得铁锰改性椰壳生物炭。

进一步，步骤（1）中，所述可溶性铁盐为Fe(NO₃)₃。

进一步，步骤（1）中，所述可溶性高锰酸盐为高锰酸钾。

进一步，步骤（1）中，所述混合溶液中铁与锰的摩尔比为2～4:1，优选3:1。

进一步，步骤（1）中，所述pH值为7。

进一步，步骤（2）中，所述椰壳生物炭与混合溶液的质量比为8～11:1，优选10:1。

进一步，步骤（3）中，所述超声分散的温度为20～30℃，优选25℃，所述超声分散的时间为1～3h，优选2h。

进一步，步骤（3）中，所述加热的温度为80～95℃，优选85℃。