[发明专利]一种重金属铬污染土壤原位修复材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备和环境污染治理与修复技术领域，特别涉及一种重金属铬污染土壤原位修复材料——修饰型纳米金属颗粒的制备方法及其应用。

背景技术

铬化合物是无机化工的主要系列产品之一，广泛应用于化工、轻工、冶金、纺织、机械等行业。据统计，我国国民经济中约15%的产品与铬化合物有关。在铬的生产过程中可能通过含铬颗粒物的沉降、工业的含铬污泥和废物的丢弃而造成土壤铬污染。当前我国区域农业环境恶化与农产品受重金属污染现象也十分严重，据不完全统计，我国的耕地受到镉、砷、铅、铬、汞等重金属污染的耕地近2000万hm²，约占总耕地面积的1/5，每年因土壤重金属污染而减产粮食约 1000 万吨。2011年，国家推出了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，要求到2015年，重点区域铅、汞、铬、镉和类金属砷等重金属污染物的排放，比2007年削减15％。

目前，重金属污染土壤的修复技术主要分为两类：原位修复和异位修复。其中异位修复由于高成本和工程量大等特点只适用于小面积、突发性重度污染土壤。原位修复主要包括：物理修复、生物修复、化学修复等。其中，物理修复主要有淋洗法等，如申请号为201210117234.5（公开号为CN102652956A）公开了一种名为“一种铬污染土壤原位淋洗处理方法”，通过淋洗污染土壤，使含六价铬的淋洗水进入地下水，再将含六价铬的地下水抽到地表进行处理，该方法虽然处理效果明显，但修复成本高、工程量大，不适合大面积使用。生物修复常利用植物或动物将土壤中重金属进行吸收，如申请号为200910214428.5（公布号为CN101797579A）的申请文件公开了一种名为“一种治理土壤重金属复合污染的方法”， 该方法利用苎麻对污染土壤中的重金属进行吸收转移式修复，同时引入蚯蚓以增加土壤的有机质，虽然实施较简单，成本低，但治理周期长，效果不显著，不能治理重污染土壤。化学修复通过选择合适的化学修复剂加入土壤，对重金属进行吸附、氧化还原、沉淀等降低重金属的生物有效性，由于操作方便和治理快速，使其成为近年来污染土壤修复的研究热点。在近几年公开的专利申请文件中，如申请号为201010288476.1（公开号为CN101962551A）的申请文件公开了一种名称为“用于治理重金属污染土壤的含海泡石固化剂”，该固化剂采用海泡石替代部分水泥、生石灰以固定住土壤中的重金属，虽然可以减少对土体的破坏，但采用该方法并没有彻底解决破坏土体的问题，修复后的土壤不再适合进行农业作业。

鉴于我国土壤铬污染的严重性和国家政策法规的严厉性，亟需开发一种经济、高效、实用的治理技术。目前应用零价铁技术处理重金属铬污染大多集中于水介质中，而用于修复铬污染土壤的实用、可靠和成熟的方法技术不多。土壤中含有有机质、无机质和杂质、密度大等特点，相比水体中Cr(VI)的去除，体系复杂，所以处理难度更大，这一点从已发表的有关“用纳米零价铁去除水体中Cr(VI)”的文章中的反应时间和投加量可以看出。在修复的实践中还应考察实际应用的最佳工艺条件，及克服修复成本和修复效率这两个瓶颈，同时考虑二次污染环境的风险，使其在重金属的去除过程中发挥更大的作用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种修饰型纳米金属颗粒的制备方法，以克服传统纳米金属颗粒容易团聚，流动性差、成本高等缺陷。

本发明的另一个目的在于提供上述修饰型纳米金属颗粒在铬污染土壤原位修复中的应用，以解决传统处理方法处理效率低、周期长、工程复杂等问题。

本发明所采取的技术方案是：

一种修饰型纳米金属颗粒悬浮液的制备方法，包括如下步骤：

1)  将羧甲基纤维素溶于水，并进行除氧处理，然后加入钢铁酸洗废液，搅拌5～30min，得到溶液A；

2)  将还原剂溶于15～50%的乙醇溶液（乙醇与水的质量比）中，得到溶液B； 

3)  搅拌状态下将溶液B滴加入溶液A中，继续搅拌至溶液变黑，经超声波处理5～30min后，得到溶液C，即含零价铁的修饰型纳米金属颗粒悬浮液。

优选的，上述钢铁酸洗废液含有0.05～5g/L的H⁺和60～250g/L的Fe元素。

优选的，步骤3）中，溶液A和溶液B的体积比为（1～10）：1。

优选的，溶液C中羧甲基纤维素的质量百分比为0.1～4%。

优选的，还原剂与钢铁酸洗废液中Fe元素的摩尔比为（1～8）：1。

优选的，溶液C中Fe⁰的浓度为0.01～10g/L。