[发明专利]一种厌氧条件下高效固定三价砷的钝化剂、其制备方法及其应用

说明书

本发明属于土壤污染修复、水污染修复技术领域，具体涉及一种厌氧条件下高效固定三价砷的钝化剂、其制备方法及其应用。本发明的钝化剂的有效成分为含硫炭材料，炭材料为生物质炭、活性炭、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种，炭材料中的硫形成共价键结构；本发明还提供上述钝化剂的制备方法和应用，通过原材料混合热解后，在厌氧条件下固定砷。本发明解决了厌氧环境中砷还原释放的问题，克服了传统钝化剂在厌氧环境中不稳定和对砷的固定能力减弱等不足，在厌氧的还原环境中可以快速高效的吸附三价砷，并形成稳定的配位结构，在土壤和地下水砷污染修复，以及含砷废水处理方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于土壤污染修复、水污染修复技术领域，具体涉及一种厌氧条件下高效固定三价砷的钝化剂、其制备方法及其应用。

背景技术

砷是一种环境中常见的有毒污染物，土壤和水体砷污染严重威胁到粮食和饮用水安全，进而危害人体健康。砷在环境中以无机三价砷、无机五价砷和有机砷等多种形态存在，并且砷的形态分布随着环境条件的波动而改变。其中氧化还原电位是控制环境中砷形态分布的重要因素：在有氧的氧化条件下，砷主要以五价砷的形式存在，固定于土壤组分中，迁移性低，毒性较小；在无氧的还原条件下，土壤中固定的砷大量还原释放，主要以三价砷的形式存在，迁移性高，毒性大。

目前用于固定水体和土壤中砷的钝化材料主要包括铁锰氧化物、二氧化钛、铁锰氧化负载的炭材料和二氧化钛负载的炭材料。以上钝化材料既可以固定三价砷，又可以固定五价砷，并且对五价砷的固定能力强于三价砷。已有的研究主要将含钛的材料用于饮用水和酸性废水中砷的吸附净化。含铁锰氧化物的钝化材料逐渐应用于土壤和水体砷污染修复，但是当土壤和水体在微生物作用下处于厌氧的还原条件时，铁锰氧化物会被微生物还原溶解，生成还原态的次生矿物，从而失去对砷的固定能力。例如，在砷污染的稻田中，在水稻生长的淹水期，稻田土壤在微生物的作用下迅速处于还原状态，一方面促进其中的铁锰氧化物发生还原溶解导致砷释放，另一方面释放出来的五价砷在砷还原菌的作用下生成迁移性更强的三价砷，导致三价砷大量释放至土壤溶液中，从而加剧三价砷被水稻吸收并在稻米中累积。又例如，地下水环境由于氧气从地面向下传输的速度较慢以及其中微生物的呼吸代谢形成厌氧环境，土壤中的砷大量还原释放并迁移至地下水，导致地下水三价砷浓度较高，污染严重。因此，急需开发出在厌氧的还原条件下可以高效固定三价砷的钝化材料。

申请号CN201710517233.2、申请日为2017年6月29日的发明专利公开一种降镉稳砷土壤钝化剂及其使用方法，该钝化剂由煤质活性炭、硫酸亚铁和氧化钙按照质量比为3:3:1混合制成，所述煤质活性炭及氧化钙的粒径≤60目。使用钝化剂时，将配制好的钝化剂添加到污染土壤中，与土壤充分混匀，并加水养护，保持土壤水分为田间最大持水量的60％-70％。该钝化剂对pH为6.0-8.5的镉砷复合污染土壤具有良好的降镉稳砷的效果。但是，无机硫对砷的固定机制为厌氧还原生成的硫离子与砷发生沉淀反应，生成三硫化二砷。而无机硫受三硫化二砷溶度积的影响，不能完全固定溶液中的三价砷，造成土壤中的三价砷的固定效果差。

发明内容

1.要解决的问题

本发明针对现有技术对三价砷的固定效果差的问题，提供了一种厌氧条件下高效固定三价砷的钝化剂，该钝化剂为含硫炭材料，且硫与碳的结合方式为共价键结合。本发明钝化剂为含硫炭材料，可以完全固定环境中的三价砷，解决了现有技术对三价砷的固定效果差的问题。

进一步地，本发明还提供一种厌氧条件下高效固定三价砷的钝化剂的制备方法，将单质硫与碳源混合后热解，制备得到可高效固定三价砷的含硫炭材料，成本低，操作简单，环境友好。

进一步地，本发明还提供一种在厌氧条件下固定砷的方法，在含砷废水或含砷土壤中混入含硫炭材料和微生物后排除氧气，在厌氧的还原环境中可以快速高效的固定三价砷，具有pH适用范围广，吸附容量大，固定效率高，操作便捷等优点。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：