[发明专利]一种无定型铁锰氧化物及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种无定型铁锰氧化物及其制备和应用。无定型铁锰氧化物制备方法是：将亚铁盐溶于去离子水后加入高锰酸盐充分溶解混匀，调节pH值，微波水热反应后取出，即得固定剂修复材料。该方法过程能耗较低、制备周期短，制得的无定型铁锰氧化物固定剂可应用于砷镉铅的同步固定，将修复材料加入待修复砷镉铅复合污染土壤中，水溶态铅镉砷的固定率均可达100％，有效态铅、镉、砷的固定率分别可达91.71％、42.77％和52.29％。

技术领域

本发明涉及铅镉砷复合污染土壤修复与材料制备的技术领域，具体涉及一种适用于铅镉砷复合污染土壤修复的固定剂及其制备和应用方法。

背景技术

近年来，由于各项工农业活动的积极开展，导致了我国部分区域土壤中重金属含量超标，对人类、动植物、生态系统构成了潜在的威胁。砷镉铅等重金属则是电镀、电池制造业、采矿等行业，化石燃料燃烧和农药使用过程中产生的典型污染物。这三种元素可以在冶炼过程、农业产品制备和矿山排水中共存，导致土壤和水的双重污染，其中镉和砷是毒性最大的重金属和类金属。特别是这三种污染物对环境的毒性和健康风险比单独存在时更高。而阴离子和阳离子元素化学行为的差异大，使得同步固定稳定砷镉铅三种重金属十分困难。

化学固定稳定化技术以其在修复成本、修复效率、实施操作等方面的优越性，受到诸多研究者青睐。在过程中常用的土壤修复稳定剂主要有：石灰、粉煤灰、硅肥、碳酸钙等碱性调节剂；以磷矿石、羟基磷灰石、磷酸氢钙为代表的磷酸盐类固定剂；以金属氧化物以及生物材料为代表的吸附固定剂。但传统的土壤稳定剂存在无法同步去除多种重金属、易受环境影响、二次污染和修复周期长等问题。因此研究高效绿色稳定且能同步去除多种重金属的土壤修复固定剂是解决重金属复合污染土壤的关键。

微波水热法合成材料相较传统水热法，其优势在于加热快、体系受热均匀、产率提高、重复性好等。因此采用微波水热合成方法能更好的实现能耗低、环保、工业化应用。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种无定型铁锰氧化物的制备方法，该铁锰氧化物适用于铅镉砷复合污染土壤和水体的修复固定，其固定修复效果好，稳定性好，绿色无二次污染，应用方法简单。

本发明提供的无定型铁锰双金属氧化物包含提供氧化作用的Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅲ)，提供主要吸附作用的Fe(Ⅲ)；具有比表面积大(182.764m²/g)；表面富含羟基、结晶度差的特点。该方法是将亚铁盐作为铁源，高锰酸盐作为锰源；二者充分溶解混匀后得到的溶液呈极酸性，通过调节酸碱度来获得大量稳定且氧化性强的Mn(Ⅵ)，不仅可将高毒三价砷氧化为低毒五价砷，而且避免土壤修复应用过程中锰的释放溶出；采用微波水热来缩短反应时间，阻止晶化反应，进而得到无定型铁锰双金属材料。

一种无定型铁锰氧化物的制备方法，步骤包括：将亚铁盐和高锰酸盐的混合溶液调节酸碱度，然后进行微波水热合成即得。

进一步地：混合溶液pH值为2～12。

优选的方案中，亚铁盐与高锰酸盐混匀形成的溶液pH值为4-8。

进一步优选pH值为4。

具体是使用包括氨水、氢氧化钠中的至少一种在内的碱性溶液以及硫酸、硝酸中的至少一种在内的酸性溶液调节溶液的酸碱度。

上述亚铁盐和高锰酸盐混匀形成的溶液酸碱度对于本发明产品除重金属的效果有非常重要的影响。酸碱度为反应产物的形成提供了一定的氧化还原环境，反应原料高锰酸盐在强酸条件下氧化能力最强，强碱性条件下会提高产物的溶解度促使其再晶化，从而提高产品的结晶度。因此选择合适的酸碱度对目标产品的生成有非常重要的影响。对比发现当前驱体溶液pH值为4时，所制备得到的材料除重金属的效率最佳。

进一步地：亚铁盐包括硫酸亚铁，氯化亚铁，硝酸亚铁中的至少一种；高锰酸盐包括高锰酸钾，高锰酸钠，高锰酸钙中的至少一种。

进一步地：微波水热合成过程中，反应温度为60～160℃。