一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法

1.本发明属于土壤污染治理领域，具体涉及一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法。


背景技术：

2.土壤无机污染物中以重金属比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累.转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，在土壤中一般不易随水淋溶，易在土壤微生物体内富集，常常使重金属在土壤环境中逐渐积累，重金属对土壤环境的污染与水环境的污染相比，其治理难度更大.污染危害更大。
3.目前，重金属污染土壤的治理方法主要通过吸附剂或絮凝沉淀剂进行吸附或沉淀，但处理后的土壤与吸附剂等分离难度大，易造成二次污染。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法。
5.本发明的技术方案概述如下：
6.一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法，包括以下步骤：
7.s1：将三价铁盐、二价锰盐、二价钴盐加入去离子水中，搅拌溶解后，再加入生物炭、结构导向剂，搅拌均匀后，调节ph至9-10，于105-130℃搅拌反应2-3h，再过滤、干燥，550-650℃煅烧3h，再加入螯合剂水溶液，加压浸渍处理1-2h后，过滤、干燥后，即得磁改性生物炭；
8.所述三价铁盐、二价锰盐、二价钴盐、去离子水、生物炭、结构导向剂、螯合剂水溶液的用量比例为(2-4)mmol:(0.5-1)mmol:(0.5-1)mmol:10g:1g:(0.05-0.1)g:(1-1.5)g；
9.s2：将重金属污染土壤研磨至粒度≤2mm，加入ph为4.0-5.0的酸液，控制固液比为1g/(1-2)ml，搅拌浸渍2-3h，静置沉淀并去除上层清液，并用去离子水冲淋2-3次，压滤后，得预处理后重金属污染土壤；
10.s3：将s1所得磁改性生物炭与s2所得预处理后重金属污染土壤混合均匀后，加入去离子水，连续搅拌处理2-3h，形成混合悬液；
11.所述磁改性生物炭、预处理后重金属污染土壤、去离子水的质量比为1:(100-150):(200-300)；
12.s4：将s3所得混合悬液置于分选磁场中进行磁分离，磁选出吸附重金属的磁改性生物炭，并分离出土壤悬液；
13.s5：将s4所得土壤悬液进行压滤，即完成重金属污染土壤中的重金属成分去除过程。
14.优选的是，所述结构导向剂由ctab、海藻酸钠按1：(0.5-1.1)的质量比混合而成。
15.优选的是，所述三价铁盐包括氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种或多种。
16.优选的是，所述二价锰盐包括氯化锰、硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种或多种。
17.优选的是，所述二价钴盐包括氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴中的一种或多种。
18.优选的是，所述螯合剂水溶液由聚衣康酸钠、环氧琥珀酸-衣康酸共聚物、去离子水按(1.2-2):(0.5-1):10的质量比混合而成。
19.优选的是，所述加压浸渍处理的压力为1-1.5mpa。
20.优选的是，所述酸液为盐酸溶液、硝酸溶液中的一种或两种。
21.优选的是，所述分选磁场的磁场强度为450-550mt。
22.本发明的有益效果：
23.本发明以生物炭为载体，利用三价铁盐、二价锰盐、二价钴盐为原料，合成复合尖晶石型磁性铁氧体负载的生物炭，复合尖晶石型磁性铁氧体以cofe2o4、mnfe2o4、co
1-x
mn
x
fe2o4的混合形态存在，并利用聚衣康酸钠、环氧琥珀酸-衣康酸共聚物进一步改性，提高对重金属污染物的吸附、螯合效果，将其从土壤中剥离出来，并在磁场作用下实现磁分离，使磁改性生物炭具有回收再利用、循环再生的性能。
附图说明
24.图1为本发明利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法流程图。
具体实施方式
25.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
26.本发明提供一实施例的利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法，包括以下步骤：
27.s1：将三价铁盐、二价锰盐、二价钴盐加入去离子水中，搅拌溶解后，再加入生物炭、结构导向剂，搅拌均匀后，调节ph至9-10，于105-130℃搅拌反应2-3h，再过滤、干燥，550-650℃煅烧3h，再加入螯合剂水溶液，以1-1.5mpa压力加压浸渍处理1-2h后，过滤、干燥后，即得磁改性生物炭；
28.所述三价铁盐、二价锰盐、二价钴盐、去离子水、生物炭、结构导向剂、螯合剂水溶液的用量比例为(2-4)mmol:(0.5-1)mmol:(0.5-1)mmol:10g:1g:(0.05-0.1)g:(1-1.5)g；所述结构导向剂由ctab、海藻酸钠按1：(0.5-1.1)的质量比混合而成；所述三价铁盐包括氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种或多种；所述二价锰盐包括氯化锰、硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰中的一种或多种；所述二价钴盐包括氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴中的一种或多种；所述螯合剂水溶液由聚衣康酸钠、环氧琥珀酸-衣康酸共聚物、去离子水按(1.2-2):(0.5-1):10的质量比混合而成；
29.s2：将重金属污染土壤研磨至粒度≤2mm，加入ph为4.0-5.0的酸液，控制固液比为1g/(1-2)ml，搅拌浸渍2-3h，静置沉淀并去除上层清液，并用去离子水冲淋2-3次，压滤后，得预处理后重金属污染土壤；
30.所述酸液为盐酸溶液、硝酸溶液中的一种或两种；
31.s3：将s1所得磁改性生物炭与s2所得预处理后重金属污染土壤混合均匀后，加入
去离子水，连续搅拌处理2-3h，形成混合悬液；
32.所述磁改性生物炭、预处理后重金属污染土壤、去离子水的质量比为1:(100-150):(200-300)；
33.s4：将s3所得混合悬液置于磁场强度为450-550mt的分选磁场中进行磁分离，磁选出吸附重金属的磁改性生物炭，并分离出土壤悬液；
34.s5：将s4所得土壤悬液进行压滤，即完成重金属污染土壤中的重金属成分去除过程。
35.实施例1
36.一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法，包括以下步骤：
37.s1：将2mmol氯化铁、0.5mmol氯化锰、0.5mmol氯化钴加入10g去离子水中，搅拌溶解后，再加入1g生物炭、0.05g结构导向剂，搅拌均匀后，调节ph至9，于105℃搅拌反应2h，再过滤、干燥，550℃煅烧3h，再加入1g螯合剂水溶液，以1mpa压力加压浸渍处理1h后，过滤、干燥后，即得磁改性生物炭；
38.所述结构导向剂由ctab、海藻酸钠按1：0.5的质量比混合而成；所述螯合剂水溶液由聚衣康酸钠、环氧琥珀酸-衣康酸共聚物、去离子水按1.2:0.5:10的质量比混合而成；
39.s2：将重金属污染土壤研磨至粒度≤2mm，加入ph为4.0的盐酸溶液，控制固液比为1g/1ml，搅拌浸渍2h，静置沉淀并去除上层清液，并用去离子水冲淋2次，压滤后，得预处理后重金属污染土壤；
40.所述酸液为盐酸溶液、硝酸溶液中的一种或两种；
41.s3：将1g的s1所得磁改性生物炭与100g的s2所得预处理后重金属污染土壤混合均匀后，加入200g去离子水，连续搅拌处理2h，形成混合悬液；
42.s4：将s3所得混合悬液置于磁场强度为450mt的分选磁场中进行磁分离，磁选出吸附重金属的磁改性生物炭，并分离出土壤悬液；
43.s5：将s4所得土壤悬液进行压滤，即完成重金属污染土壤中的重金属成分去除过程。
44.实施例2
45.一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法，包括以下步骤：
46.s1：将3mmol硫酸铁、0.75mmol硫酸锰、0.75mmol硫酸钴加入10g去离子水中，搅拌溶解后，再加入1g生物炭、0.075g结构导向剂，搅拌均匀后，调节ph至9.5，于120℃搅拌反应2.5h，再过滤、干燥，600℃煅烧3h，再加入1.25g螯合剂水溶液，以1.2mpa压力加压浸渍处理1.5h后，过滤、干燥后，即得磁改性生物炭；
47.所述结构导向剂由ctab、海藻酸钠按1：0.8的质量比混合而成；所述螯合剂水溶液由聚衣康酸钠、环氧琥珀酸-衣康酸共聚物、去离子水按1.6:0.75:10的质量比混合而成；
48.s2：将重金属污染土壤研磨至粒度≤2mm，加入ph为4.5的硝酸溶液，控制固液比为1g/1.5ml，搅拌浸渍2.5h，静置沉淀并去除上层清液，并用去离子水冲淋3次，压滤后，得预处理后重金属污染土壤；
49.s3：将1g的s1所得磁改性生物炭与125g的s2所得预处理后重金属污染土壤混合均匀后，加入250g去离子水，连续搅拌处理2.5h，形成混合悬液；
50.s4：将s3所得混合悬液置于磁场强度为500mt的分选磁场中进行磁分离，磁选出吸
附重金属的磁改性生物炭，并分离出土壤悬液；
51.s5：将s4所得土壤悬液进行压滤，即完成重金属污染土壤中的重金属成分去除过程。
52.实施例3
53.一种利用磁改性生物炭去除污染土壤重金属的方法，包括以下步骤：
54.s1：将4mmol硝酸铁、1mmol乙酸锰、1mmol乙酸钴加入10g去离子水中，搅拌溶解后，再加入1g生物炭、0.1g结构导向剂，搅拌均匀后，调节ph至10，于130℃搅拌反应3h，再过滤、干燥，650℃煅烧3h，再加入1.5g螯合剂水溶液，以1.5mpa压力加压浸渍处理2h后，过滤、干燥后，即得磁改性生物炭；
55.所述结构导向剂由ctab、海藻酸钠按1：1.1的质量比混合而成；所述螯合剂水溶液由聚衣康酸钠、环氧琥珀酸-衣康酸共聚物、去离子水按2:1:10的质量比混合而成；
56.s2：将重金属污染土壤研磨至粒度≤2mm，加入ph为5.0的盐酸溶液，控制固液比为1g/2ml，搅拌浸渍3h，静置沉淀并去除上层清液，并用去离子水冲淋3次，压滤后，得预处理后重金属污染土壤；
57.s3：将1g的s1所得磁改性生物炭与150g的s2所得预处理后重金属污染土壤混合均匀后，加入300g去离子水，连续搅拌处理3h，形成混合悬液；
58.s4：将s3所得混合悬液置于磁场强度为550mt的分选磁场中进行磁分离，磁选出吸附重金属的磁改性生物炭，并分离出土壤悬液；
59.s5：将s4所得土壤悬液进行压滤，即完成重金属污染土壤中的重金属成分去除过程。
60.对实施例1-3中重金属污染土壤中重金属成分初始含量进行测定，记作c0，并对经实施例1-3处理后的土壤中重金属成分初始含量进行测定，记作c，按100％
×
(c
0-c/c0)计算重金属去除率，试验结果如下表所示：
[0061][0062]
实施例1-3以生物炭为载体，利用三价铁盐、二价锰盐、二价钴盐为原料，合成复合尖晶石型磁性铁氧体负载的生物炭，复合尖晶石型磁性铁氧体以cofe2o4、mnfe2o4、co
1-x
mn
x
fe2o4的混合形态存在，并利用聚衣康酸钠、环氧琥珀酸-衣康酸共聚物进一步改性，提高对重金属污染物的吸附、螯合效果，将其从土壤中剥离出来，并在磁场作用下实现磁分离，使磁改性生物炭具有回收再利用、循环再生的性能。
[0063]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。