[发明专利]一种重金属污染修复材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种重金属污染修复材料及其制备方法和应用，属于土壤修复技术领域。本发明使用三价铁对磷酸盐进行改性，在第一沉淀中，可溶性三价铁盐发生不完全沉淀，一部分三价铁转化为铁氢氧化物；在第二沉淀中，剩余三价铁和部分或全部铁氢氧化物与磷酸盐反应生成细小的羟基磷酸铁化合物颗粒，在水玻璃的固化作用下，得到含有磷酸盐化合物、铁氢氧化物和羟基磷酸铁化合物的重金属污染修复材料。本发明重金属污染修复材料环境友好、疏松多孔、具有较大的比表面积以及丰富的表面官能团，其中磷酸基团可以与重金属阳离子形成强配合物或沉淀，铁(氢)氧化物表面羟基对含氧阴离子如As和Sb具有良好的亲和力，可以形成稳定的配合物。

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种重金属污染修复材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，许多国内外学者对土壤中的重金属污染问题进行了大量的研究。重金属是指原子密度不小于4.5g·cm^-3的金属，主要是指镉(Cd)铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)以及类金属砷(As)、锑(Sb)等生物毒性显著的重元素。当重金属进入到土壤中后，随着时间的推移，达到一定程度时，就会对动植物产生毒害作用。人体长时间接触重金属会造成骨折、肺癌和肾功能不全等不良影响，同时重金属还会通过地下水和地表水，直接或间接地危害人体健康。因此，重金属、类金属污染已成为迫切需要解决的环境问题，尤其是多种重金属、类金属复合污染土壤形势严峻。

与其他修复技术相比，磷酸盐类材料是目前研究较多且极具应用前景的一种修复方法，将其施入土壤后，不仅能快速降低土壤中的等重金属的迁移能力和生物有效性，修复污染土壤，同时还能提高土壤肥力，可使农作物增产。然而，未改性的磷酸盐修复材料存在固化效果不理想的问题，而且因磷酸盐与砷酸盐在土壤中有相似的化学行为，在土壤中形成的化合物也相似，两者会出现竞争吸附点位，对多金属复合污染体系的修复效果不显著。

关于磷酸盐的改性，中国发明CN114316992A公开了一种多金属同步稳定化功能材料，材料中主要含有二价铁盐、三价铁盐、二价锰盐和磷酸盐等，此专利在制备过程有大量含磷废水产生，易造成二次污染。中国发明CN103275725A公开了一种用于重金属污染土壤修复的化学固定剂的制备方法，此专利在制备化学固定剂的过程中需要使用双氧水、次氯酸钠、氯酸钠等氧化剂对Fe²⁺离子进行氧化，此修复剂的制作过程繁琐复杂，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种重金属污染修复材料及其制备方法，本发明提供的制备方法操作简单，不产生含磷废水二次污染，所得重金属污染修复材料具有良好的重金属修复效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种重金属污染修复材料的制备方法，包括以下步骤：

将可溶性三价铁盐、矿物分散剂和水混合，得到铁盐分散液；

调节所述铁盐分散液的pH值至1.5～2.5，进行第一沉淀反应，得到第一沉淀反应液；

将所述第一沉淀反应液与可溶性磷酸盐混合，进行第二沉淀反应，得到第二沉淀反应液；

使用水玻璃调节所述第二沉淀反应液的pH值至7～10，进行固化，得到重金属污染修复材料。

优选的，所述可溶性三价铁盐中Fe³⁺与可溶性磷酸盐中PO₄^3-的摩尔比为1：0.4～2。

优选的，所述矿物分散剂为海泡石、白炭黑和高岭土中的一种或几种；

所述矿物分散剂的粒径为10～100nm；

所述矿物分散剂的质量为可溶性三价铁盐和可溶性磷酸盐总质量的5～10％。

优选的，所述第一沉淀反应、第二沉淀反应的温度独立地为15～40℃。