[发明专利]一种无定型铁锰胶体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种无定型铁锰胶体材料及其制备和应用。无定型铁锰胶体材料制备方法是：将麦糟浸出液，与铁盐和锰盐混合，调节酸碱度，然后混匀反应即得，优选麦糟浸出液经过球磨和水热反应获得。该方法过程能耗较低、制备周期短，方法简单可控可实现大规模程序化生产，制得的无定型铁锰胶体材料具有良好的迁移性能，可应用于土壤砷、锑污染同步原位稳定化修复，将修复材料加入实际的砷、锑复合污染场地土壤中，水溶态砷、锑的固定率均可达100％，有效态砷、锑的固定率分别可达82.54％和52.59％。

技术领域

本发明属于砷锑污染土壤治理领域，具体涉及一种用于砷、锑污染土壤原位修复的无定型铁锰胶体材料及其制备和应用。

背景技术

现有的重金属污染土壤原位修复技术主要包括物理修复、化学修复、植物修复、微生物修复、联合修复等。这些修复方法可以快速且高效的达到去除污染物的效果，但是这些修复技术都有不同程度的局限性。客土法、翻土法治标不治本成本高昂，且存在二次污染的风险，电动修复技术只适用小面积污染，现场操作难度大；植物修复技术耗时较长、高浓度污染水平不利于植物生长；微生物处理要考虑菌株的筛选，环境对微生物的变异作用等，因此综合优缺点，化学原位稳定化修复法因为其成本低廉，修复见效快且修复效果好，适用性广对土壤扰动小常被用来修复重金属污染土壤。

选择合适的修复材料对该技术至关重要。众所周知，铁基材料由于其丰富的表面羟基(-OH)可以吸附砷酸盐及锑酸盐形成内外球络合物，因此常用于砷或锑污染水处理和土壤修复。铁基氧化物与其他重金属(如Mn、Ce、Zr、Cu)的络合改变了氧化物的物理化学性质，提高了它们对砷的吸附能力。其中，铁锰二元氧化物结合了铁的吸附性能和锰的氧化性能，对As(V)、As(III)、Sb(V)、Sb(III)都表现出了高效的去除效果，特别是对毒性、溶解性和流动性更强的As(III)和Sb(III)的去除效果更好。然而，这些材料大多用于水处理，很少用于砷、锑污染土壤的修复。

由于铁基材料通常是低迁移性固体粉末颗粒，因此使用这些材料修复土壤和地下水严重依赖于修复试剂与修复目标材料的机械混合。铁基材料的流动性也可以通过表面改性来提高。相比于传统表面改性剂，麦糟浸出液具有丰富的可溶性蛋白质及可溶性纤维素等，且富含大量功能基团，如羟基、羧基、仲酰胺基等易于与金属离子配合用于去除重金属。本发明利用麦糟的吸附性以及分散性与铁锰双金属氧化物反应合成能在土壤间隙迁移的、可用于原位修复土壤重金属的胶体材料。本发明制备的无定型铁锰胶体材料能通过注入的方式进行原位修复，对于常规方法难以实施的深层土壤及既成建筑底部污染土壤的修复也同样适用。

发明内容

针对现有固化稳定化修复材料难以用于原位修复的不足，本发明的目的旨在于提供一种环境友好型，价格低廉且稳定性好的能原位修复低污染度砷、锑复合污染土壤的胶体材料稳定剂及其制备方法和应用。该无定型铁锰胶体材料在土壤中具备高迁移性，适用于修复深层重金属污染土壤。

本发明提供的无定型铁锰双金属氧化物胶体材料，包含提供氧化作用的Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅲ)，提供主要吸附作用的Fe(Ⅲ)；麦糟的主要成分可以抑制铁锰氧化物的团聚、同时还可以抑制铁氧化物的转化，自身又具有许多官能团可以吸附重金属，富含羟基、仲酰胺基等多种官能团，无定形或弱晶质结构，表面结构缺陷多，反应位点多的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铁锰胶体材料的制备方法，步骤包括：将麦糟浸出液，与铁盐和锰盐混合，调节酸碱度，然后混匀反应即得；优选常温搅拌混匀合成至少反应2h。

优选麦糟浸出液经过球磨和水热反应获得；优选啤酒厂麦糟。

麦糟属于木质纤维素及蛋白质等生物质的聚合物，具有紧密而稳定的结构，这限制了它的直接利用价值。通过球磨改性可以物理破坏木质纤维素之间的结合以及增加可溶性生物质的溶出，并可以打破强大的分子内和分子间氢键，以增加胶体材料的携带基团。