[发明专利]一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及农田土壤修复领域，具体涉及一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。本发明分别选择生物质炭和柠檬酸对纳米氧化铁进行改性，得到生物质炭负载的纳米氧化铁和柠檬酸负载的纳米氧化铁，经改性的两种纳米氧化铁，与含硅物质进行混合得到纳米氧化铁复合材料。本发明制得纳米氧化铁复合材料中纳米氧化铁的含量不超过复合材料整体含量的5%，并且将所得纳米氧化铁复合材料按100‑150kg/亩撒施至砷污染土壤，作物砷含量降低最高幅度可达到70%。

技术领域

本发明涉及农田土壤修复领域，具体涉及一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

砷是一种毒性很强且具有致癌作用的化学元素，被世界卫生组织列为优先处理的有毒物质之一，一旦土壤受到As污染，As就会通过食物链的传播进入人体内，对人体内脏骨骼等有较大的毒性作用。目前，用于固化土壤As的材料主要有含铁物质、含硫物质、稀土材料、钙盐等，其中以含铁、含硫物质效果较好。近几年来，纳米铁由于具有大的比表面积和高的反应活性，成为一种前景广阔的土壤修复材料。然而，由于纳米颗粒体积小、易团聚，其还原性强则在氧气存在的情况下易被氧化，因此该技术实施时需要对其进行改性，如聚合物包覆、其它材料负载、添加稳定剂等。中国发明专利申请(申请号201810520363.6)公开了基于有机粘土负载纳米氧化铁系的土壤砷与铬污染修复药剂。该修复药剂由有机蒙脱土负载纳米零价铁与有机蒙脱土负载纳米氧化铁这两种组分混合配制而成，各组分的重量百分比为：有机蒙脱土负载纳米零价铁为55～85％，有机蒙脱土负载纳米氧化铁为15～45％。该修复药剂使用后土壤砷的稳定化效率能提高10-20％。但是该修复剂同时用到纳米零价铁与纳米氧化铁，成本较高，且降低效率相对来说不高，制作步骤多、工艺复杂，不利于大规模推广。

论文“膨润土负载纳米铁的改性及对水中As(Ⅴ)的吸附”，用十六烷基三甲基溴化铵对膨润土负载纳米零价铁进行表面改性，得到表面改性膨润土负载纳米铁对水中As的去除率能达到90％。但是该改性的纳米零价铁只针对水中砷去除做了研究，未对土壤中As修复进行研究，水体和土壤系统存在较大的差异，因此该材料对土壤As的修复作用具备很大的不确定性。

中国发明专利申请(申请号201911358166.X)公开了绿色合成纳米铁(纳米零价铁或纳米氧化铁)络合凹凸棒石制备土壤重金属钝化材料的方法。该绿色合成纳米铁络合凹凸棒石制备土壤重金属钝化材料与对照相比，可使玉米生物量增加36.5％，同时钝化剂的施用降低了玉米地上部分镉含量的33.7％。该钝化剂仅对重金属镉的修复效率进行了验证，而镉和砷的性质存在较大差异，该钝化剂不一定适用于修复重金属砷。且该钝化剂的投加量需达到土壤量的4％，添加量过大，成本也较高。

发明内容

针对上述现有技术和产品中存在的不足，本发明的目的在于提供一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料、制备方法及其应用。本发明制得纳米氧化铁复合材料中纳米氧化铁的含量不超过复合材料整体含量的5％，并且将所得纳米氧化铁复合材料按100-150kg/亩撒施至砷污染土壤，作物砷含量降低最高幅度可达到70％。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种可处理土壤砷污染的纳米氧化铁复合材料，由重量百分比如下的几种组分制成：

原料 重量百分比

生物质炭负载的纳米氧化铁 10-22％

柠檬酸负载的纳米氧化铁 2-8％

含硅物质 70-85％

优选的，所述纳米氧化铁复合材料由重量百分比如下的几种组分制成：

原料 重量百分比

生物质炭负载纳米氧化铁 20％