[发明专利]一种去除土壤中重金属的磁性复合材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及土壤重金属污染修复技术领域，具体而言，涉及一种毫米级磁性复合材料及其制备方法和应用，所述磁性复合材料尤其适用于处理农田土壤中重金属镉(Cd)的污染。复合材料为磁性基体、黏土矿物和交联试剂按质量比为(0.5‑2)：3：(2‑3)混合，交联获得复合材料；其中，黏土矿物为按质量比为1:1‑3的沸石和经巯基改性的凹凸棒土。本发明磁性复合材料为毫米级的均匀球体；所述磁性复合材料表面具有大量孔隙。所述磁性复合材料用于处理重金属污染的农田土壤，尤其是重金属镉(Cd)污染的稻田土壤，该材料具有吸附容量大，修复效率高，操作方便且修复周期短和不破坏土壤环境等优势；同时由于Fe₃O₄基体具有超顺磁性的优点，材料易于磁分离。

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染修复技术领域，具体而言，涉及一种毫米级磁性复合材料及其制备方法和应用，所述磁性复合材料尤其适用于处理农田土壤中重金属镉(Cd)的污染。

背景技术

土壤重金属污染已成为世界范围内最普遍、最严重的环境问题之一，对人类健康和生态安全构成重大威胁。农田土壤Cd污染具有低浓度、长期性和累积性等特点，其在土壤中过度积累导致作物对重金属的吸收增加，影响农作物的产量和质量，而进入食物链的重金属会对人体健康带来巨大风险。因此，迫切需要对受Cd污染的农田土壤进行修复研究，以提高农产品质量安全。

目前在重金属去除方面，吸附法因具有成本低、吸附材料简单易得、处理高效及操作方便等优点而被广泛应用。吸附法去除重金属，最初是以活性炭、分子筛、粉煤灰等作为吸附剂，这类材料颗粒细碎，比表面积大，吸附去除的成本较低，适应于工业应用要求。然而这些传统材料颗粒细腻松散，分离较为困难，为便于分离以及将材料进行重复利用，磁性吸附材料得到了越来越多的关注。

专利CN111871374A公开了一种磁性生物炭的制备方法及其应用，其中生物炭材料采用化学沉淀法赋磁，然后二次热解得到磁性生物炭，该材料对土壤中的Cd、砷(As)、铅(Pb)都具有良好的吸附能力，且具有良好的磁性能，但是该材料耗能较高，制备条件较为苛刻，难以大规模推广；专利CN111111605A公开了一种用于去除重金属铬(Cr)的磁性纳米吸附剂，该材料为硫掺杂铁镧双金属氧化物的纳米材料，对Cr的去除效率高且无二次污染，重复性及稳定性强，但是该材料为纳米材料，尺寸微小，在农田土壤的处理过程中难以操作，不便于大面积使用；专利CN110129058A公开了一种核-壳磁性重金属污染土壤修复材料及其制备方法，该方法是将磁铁矿采用稀硫酸浸渍后，置于高温下进行焙烧得到的多孔结构的核-壳磁性材料，该材料虽然制备流程简单，但是耗能较高、材料粒径较小，而且尚未应用于实际重金属污染农田土壤；专利CN109908862A公开了一种Cd污染修复剂，该修复剂是一种使用了纳米铁的环境友好型磁性材料，但是该材料在土壤中只能对Cd起到钝化作用，并不能真正的把Cd清除，在自然情况下有可能会造成重金属的再次活化，影响粮食安全。

基于目前磁性吸附材料的局限性，迫切的需要开发出一种安全、高效、经济、便捷的新型毫米级磁性复合材料真正去除农田土壤中的Cd。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种去除土壤中重金属Cd的毫米级磁性复合材料及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种去除土壤中重金属的磁性复合材料，复合材料为磁性基体、黏土矿物和交联试剂按质量比为(0.5-2)：3：(2-3)混合，交联获得复合材料；其中，黏土矿物为按质量比为1:1-3的沸石和经巯基改性的凹凸棒土。

所述巯基改性凹凸棒土为将凹凸棒土加入到水中，形成均匀的悬浊液；向悬浊液中加入无水乙醇和3-巯丙基三乙氧基硅烷的混合液，机械搅拌；然后洗涤，烘干，研磨过100目筛即得巯基改性凹凸棒土。

上述搅拌反应的时间为2-4小时，转速为60-180rpm，搅拌均匀放入振荡箱中振荡，而后静置30-40min后倒掉上清液，用水洗涤三次。