[發明專利]一種硫化納米零價鐵-酸活化蒙脫石復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010580852.8
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111718719B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 楊衛春;張曉明;楊志輝;李曉敏;石巖;廖騏;王海鷹;李青竹;熊子璇
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C09K17/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 袁靖

本發明公開了一種硫化納米零價鐵?酸活化蒙脫石復合材料及其制備方法和應用。該復合材料以納米零價鐵為芯、硫化亞鐵為殼的球形顆粒組成，呈現納米長鏈狀結構，鐵、硫元素均勻分布且高度分散，具有典型的硅酸鹽和零價鐵的結構特征。本發明制備的硫化納米零價鐵?酸活化蒙脫石復合材料的原材料成分簡單、綠色無污染、成本低廉；產品運輸及儲存方便。本發明所制備硫化納米零價鐵?酸活化蒙脫石復合材料可應用于多種堿性Cr(VI)污染土壤原位修復，工藝簡單、快速，適用性好，修復效果佳。

技術領域

本發明涉及土壤污染修復技術領域，具體涉及一種基于硫化納米零價鐵-酸活化蒙脫石復合材料及其制備方法與它在Cr(Ⅵ)污染土壤修復方面的應用。

背景技術

由于歷史上對含鉻廢渣和廢水的不當堆存和處理造成我國Cr污染土壤問題十分嚴峻。Cr污染土壤場所主要集中在工業用地和工業廢棄地。針對Cr污染土壤問題，目前國內外研究復思路主要有：一、改變Cr在土壤中的賦存形態，將Cr(Ⅵ)還原為毒性相對較小的Cr(Ⅲ)，降低其遷移能力和生物可利用性(如還原穩定化技術、電動修復技術登)；二、將Cr從污染土壤中清除(土壤淋洗、異位清洗和植物修復登)。其中還原穩定化技術被認為是成熟度和處理效率高、修復時間短、處理成本和可操作性適中的一種Cr(Ⅵ)污染土壤修復技術；通過藥劑使Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)，并穩定固定在土壤中，可降低其毒性和遷移性和生物可利用度。

含鐵化合物，如傳統的硫酸亞鐵和近年來較受關注的零價鐵粉、鐵硫化物等作為Cr(Ⅵ)污染土壤原位修復藥劑，一直以來都被國內外研究者廣泛關注。但是這些鐵基修復藥劑對酸性和中性土壤且低濃度Cr(Ⅵ)污染土壤有良好的還原效果，但是在堿性污染土壤效果往往不佳。而現在很多鉻制品行業(比如鉻化工行業、鉻冶煉行業)的生產工藝造成的Cr污染土壤往往pH一般在9～11之間，堿性很強，所以修復難度大。投加單一的修復材料，是難以滿足修復要求的，通常還需要其他輔助藥劑聯合修復。比如堿性強且濃度高的Cr(Ⅵ)渣土的解毒，目前主流工藝是采用硫酸加硫酸亞鐵濕法解毒化，所需藥劑濃度高、投加量大，經其處理后土壤含水率高、pH又顯著下降，且土壤中硫酸鹽含量高，有鹽漬風險，不利于再度利用。所以，針對目前單一修復藥劑對堿性Cr(Ⅵ)污染土壤修復效果差的問題，亟待研究新型、綠色無污染的材料來實現對堿性Cr(Ⅵ)污染土壤的高效修復。

發明內容

本發明目的在于提供一種反應活性高和還原性能佳的硫化納米零價鐵-酸活化蒙脫石復合材料及其制備方法與應用，以簡單、快速且不造成二次污染的方式實現對多種堿性Cr(Ⅵ)污染土壤實現高效原位修復。

本發明的目的是通過以下方式實現的：

一種硫化納米零價鐵-酸活化蒙脫石復合材料，硫化納米零價鐵顆粒是以納米零價鐵為芯、硫化亞鐵為殼的球形納米結構，且呈長鏈狀連接在一起。

一種硫化納米零價鐵-酸活化蒙脫石復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：

1)將蒙脫石進行酸活化處理；

2)將步驟1)所得酸活化蒙脫石水體系中加入亞鐵鹽，在惰性氛圍下先進行吸附反應，投加硼氫化鉀或硼氫化鈉溶液，之后繼續反應得到含納米零價鐵的懸濁液；

3)在步驟2)所得懸濁液中投加硫化鈉或連二亞硫酸鈉溶液，之后繼續反應；即得硫化納米零價鐵-酸化活蒙脫石復合材料。

所述的制備方法，將步驟2)中所得酸活化蒙脫石水體系中加入亞鐵鹽，吸附4～8h后，投加硼氫化鉀或硼氫化鈉溶液。

所述的制備方法，步驟1)中將蒙脫石分散在無機酸溶液中，加熱連續攪拌反應，冷卻后離心，去離子水反復沖洗至廢液中檢測不出無機酸的陰離子，固體干燥得到酸活化蒙脫石。具體的干燥方式是105℃恒溫干燥箱中干燥12h以上。

所述的制備方法，

步驟1)中蒙脫石為鈣蒙脫石或鈉蒙脫石；蒙脫石和無機酸溶液投加固液比為1g：5mL～1g：10mL。