[发明专利]用于重金属污染土壤修复的磁性纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种污染土壤修复材料，尤其针对重金属污染土壤的修复，同时还涉及使用络合反应与磁性作用进行处理。

背景技术

通常，治理重金属污染土壤有以下几种方法：物理修复、化学修复和生物修复以及农业修复法。物理修复主要包括：客土法、换土法、稳定/固定化技术等。化学修复又可分为电化学修复和土壤化学修复。而通常的物理修复方法中，客土和换土法都需极高的成本，并且转移的污染土壤的治理依然是个问题，会造成二次污染。而稳定/固定化技术则是原位改变重金属污染物的存在形式（如从可溶性的高价态还原到难容的低价态等），但重金属并没有被彻底脱除，在地下水环境（如pH、氧化-还原电位等）发生改变时，重金属会继续被浸出并污染地下水和土壤。化学方法中的试剂淋洗法同样存在着成本高，后续处理困难等问题。针对一些重金属污染浓度较高的污染土壤，分离并回收重金属污染物，不仅仅可彻底解决土壤污染问题，还可将回收的重金属污染物再利用。专利CN102500613A公开了利用纳米零价铁还原土壤中的重金属离子使得重金属离子附着在纳米零价铁的表面，并利用电磁耙将纳米零价铁回收，进而从土壤中清除重金属离子的方法。但此方法存在着纳米零价铁消耗量大的问题，并且还原后的重金属离子在纳米零价铁表面的附着程度极有限，因此，重金属离子从污染土壤中被脱除的效率较低。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明提供一种可从污染土壤中高效脱除重金属污染物的纳米颗粒材料，该材料既可高效捕获污染土壤中的重金属离子，又便于从被修复的污染土壤中分离，使纳米颗粒材料可多次重复使用。

本发明提供的一种用于重金属污染土壤修复的磁性纳米材料，物理状态为纳米级颗粒，其特征是：纳米级颗粒的核心为磁性材料，例如Fe₃O₄等，核心外为有机物包覆层，该包覆层在颗粒表面呈纤维放射状分布。

由于该材料采用了磁性纳米材料为核心，磁性材料是以纳米形态使用，使得纳米材料可被均匀有效地分散于污染土壤中，并且磁性纳米材料具有极大的表面积，本身具有很强的负载能力，而表面呈纤维放射状分布的有机物更大大增加了颗粒的络合重金属离子的能力，进而，可高效地将重金属离子污染物从污染土壤中捕获并络合；另一方面，由于强磁性核心易

于通过外加磁场作用将磁性纳米材料从污染土壤中分离，进而最终实现污染物从污染土壤中的脱除，对从土壤中分离出的磁性纳米材料进行后处理，可实现材料的多次重复使用的目的。

本发明所提及的磁性纳米材料表面的有机物包覆层优选的、可与重金属离子发生络合反应的有机物为含巯基的有机物。由于有机物中的巯基可以和多种重金属发生络合反应，因此，具有含巯基的有机物包覆层的磁性纳米颗粒材料可以更高效地捕获大量的重金属离子。

本发明所提及的磁性纳米材料表面的有机物包覆层更优选的有机物为含巯基的有机物聚合物。由于该有机物中的巯基不但可以和多种重金属发生络合反应，同时，聚合物的单个链更长，含有更多的巯基，因此，可以更有效地捕获更多的重金属离子。此外，磁性纳米材料表面的含巯基的有机聚合物包覆层可以在磁性颗粒与颗粒间形成更强的相互结构排斥作用，抵消了磁性颗粒材料间的磁性相吸作用，更有助于提高磁性纳米材料的稳定性。

本发明所提及的磁性纳米材料表面的有机物包覆层另一种更优选的有机物为含硫碳基的有机聚合物。由于该有机物中的硫碳基也具有可以和多种重金属发生络合反应，同时聚合物的单个链更长，含有更多的硫碳基，因此，可以更有效地捕获更多的重金属离子，进而可以更有效地捕获更多的重金属离子。此外，磁性纳米材料表面的含硫碳基的有机聚合物包覆层可以在磁性颗粒与颗粒间形成更强的相互结构排斥作用，抵消了磁性颗粒材料间的磁性相吸作用，更有助于提高磁性纳米材料的稳定性。