[发明专利]一种改性纳米零价铁-生物基复合功能材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种改性纳米零价铁‑生物基复合功能材料及其制备方法和应用。所述改性纳米零价铁‑生物基复合功能材料，包括硫化纳米零价铁和生物基材料，所述生物基材料作为吸附载体，负载所述硫化纳米零价铁；其中所述生物基材料包括碳微球和海藻酸钙；所述硫化纳米零价铁的制备原料包括：六水三氯化铁和硫化剂。本申请的改性纳米零价铁‑生物基三元复合材料制备过程利用“一步法”合成硫化纳米零价铁并负载于碳微球、海藻酸钙载体表面上，结合固体负载和海藻酸钙负载，使得硫化纳米零价铁材料具有更大的比表面积、高效吸附性能、还原性能和回收潜力，可达到同时高效固定镉和铬污染目的。

技术领域

本申请涉及环境保护中重金属污染修复材料技术领域，具体涉及一种改性 纳米零价铁-生物基复合功能材料及其制备方法及其在镉和铬污染修复中的应 用。

背景技术

镉被公认为对生物和人类有剧毒，并在陆生和水生生物中具有生物活性， 由于其高毒性、强生物富集性，镉被列为第一类致癌物。与其他重金属相比， 镉更易溶解和流动，导致它被植物吸收，随后在不同的食用植物部位进行转运 和积累，最终在人体内富集。水稻是供给世界上35亿人的重要粮食作物，大 部分由镉引起的食物链污染都可能来自这种作物。土壤中镉含量过高会影响土 壤肥力，通过破坏植物正常的氧化还原调节和刺激产生额外的活性氧(ROS) 来影响线粒体功能导致植物生理和代谢紊乱，进而使得生长迟缓和产量下降。 使用富集镉的植物对动物和人类的健康造成了严重的危害。镉高毒性会影响人体多个器官，但主要累积在肾脏、肝脏和骨骼中，引起骨痛、活动困难和呼吸 痛。

六价铬是一种天然的致癌物，在二十种最危险重金属污染物中，铬排名第 七。根据铬浓度和酸度，它以铬酸盐(CrO₄^2-)或重铬酸盐(Cr₂O₇^2-)的形式 存在于水体中。与三价铬相比，六价铬在水中的溶解度更高，这是六价铬最关 键的特征之一，导致其在自然环境和动植物中长期性的存在。在酸性土壤条件 下，六价铬可被还原为三价铬；在碱性条件下，三价铬与锰共存时也会自然氧 化成六价铬。暴露于铬污染空气中会导致呼吸系统疾病，眼损伤以及慢性或过 敏性支气管炎肺结核。直接接触六价铬可引起肺癌、皮炎、肾脏、胃肠道损害。 此外，六价铬能顺着食物链传递的方式不断累积，在生物体内富集，进而危及 人类的生命。

痕量重金属六价铬和镉在较低的浓度下也具有极强的毒性。铬的生产应用 在人类活动的各个领域造成了环境健康危害，由此产生了潜在生态危害，通过 与受铬、镉污染的土壤直接接触或摄入受污染的食物、通过食物链(土壤-植物 -人类或土壤-植物-动物-人类)、饮用受污染的水、耕种土地的减少等方式危害 生态系统和人类健康。铬、镉的高毒性与三致性，引发的环境污染和健康危害 问题已成为全球环境科学家重点关注的问题之一。采取何种有效的预防手段控 制重金属的泄露污染，以及采取何种治理措施处理已被重金属污染的水体、土 壤是当下攻克难题的方向。研发一种可同时去除镉和铬污染的高效修复材料是 一个亟待解决的问题。用一种材料同时去除镉和铬，可以减少修复药剂的用量、降低污染修复成本，还能进一步降低二次污染。