一种竹炭基羧基化磁性土壤修复剂、制备方法及应用与流程

本发明涉及一种竹炭基羧基化磁性土壤修复剂、制备方法及应用，属于土壤治理。

背景技术：

1、环境是人类以及其他生物赖以生存的基础，是社会经济发展的重要保障。然而，伴随着科技工业的发展，人类对环境的破坏日趋严重，环境污染的治理也已成为一个世界性的课题。环境污染的种类较多，这其中，土壤重金属污染以其分布广、种类多、难处理等特点成为严重的环境污染问题之一。现今，国内外现有的土壤重金属修复方法中多以物理、化学、生物和农艺调控为基础，主要的修复技术包括固化/稳定化技术、土壤洗脱技术、氧化/还原技术、土壤植物修复技术等。

2、在这些修复技术中，固化/稳定化修复技术是比较有效且经济的土壤污染修复技术，该方法常用的修复剂有：有机修复剂和无机修复剂。其中，有机修复剂如有机肥、有机黏土等；无机修复剂如石灰、水泥、改性纤维素、矿渣等。这些修复剂增容大，导致水体富营养化，修复效果不稳定，存在二次污染、使土壤性质恶化，成本高。

3、近年来，磁性纳米材料在环境中应用广泛，由于其具有吸附容量大、吸附速率快、可回收利用等优点，在废水处理领域得到广泛应用。虽然也有研究将其用于土壤重金属污染的修复中，但仍存在很多问题需要进一步研究。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种竹炭基羧基化磁性土壤修复剂、制备方法及应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是

3、一种竹炭基羧基化磁性土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)竹炭载体制备

5、1)竹炭制备

6、将竹材原料分割成长条，粉碎并过筛，得到粉末；然后将粉末样品在120℃条件下烘干处理12h，得到竹粉；烘干后将竹粉在600℃煅烧1h，得到竹炭；

7、2)竹炭改性

8、向所得竹炭中加入h2o2溶液、naclo溶液和去离子水，搅拌并加热至50℃，保温4h；然后抽滤、冲洗，于100℃真空干燥8h，得到改性竹炭；

9、(2)磁性土壤修复剂制备

10、1)fe3o4@c/竹炭复合材料的制备：将二茂铁溶于丙酮，超声20min后，加入所述改性竹炭，继续超声20min，然后加入h2o2溶液，搅拌30min使其充分混合，得到混合溶液；

11、将混合溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，加热到200℃，在此温度下反应48h；反应结束后冷却至室温，倒去上清液，回收剩余残留物；将剩余残留物用丙酮离心洗涤3次，洗涤后于50℃真空干燥12h，得到fe3o4@c/竹炭复合材料；

12、2)羧基化：向fe3o4@c/竹炭复合材料中加入去离子水a，超声处理30min后，加入油酸，在70℃水浴中搅拌2h使其充分反应，得到黑色油状沉淀，利用强力磁铁倒出上清液，回收沉淀物a；将沉淀物a用无水乙醇洗涤3次，再用去离子水洗涤3次；洗涤后加入去离子水b和kmno4，超声处理6h，利用强力磁铁分离回收沉淀物b；将沉淀物b用去离子水洗涤3次，洗涤后于真空干燥12h，得到羧基化fe3o4@c/竹炭复合材料。

13、所述步骤(1)分割后的长条尺寸为5cm×2cm，粉碎后过60目筛得到粉末；煅烧是从室温以6℃/min的升温速率升温到600℃，达到目标温度后煅烧1h；冲洗是用去离子水冲洗3～4次。

14、所述步骤(1)竹炭的质量、h2o2溶液的体积、naclo溶液的体积与去离子水的体积比为5g：100ml：40ml：200ml；其中，h2o2溶液的浓度为9.79mol/l；naclo溶液的浓度为0.7104mol/l。

15、所述步骤(2)二茂铁的质量、丙酮的体积、改性竹炭的质量与h2o2溶液的体积比为1g：150ml：0.3g：5ml；其中，h2o2溶液的浓度为9.79mol/l。

16、所述步骤(2)fe3o4@c/竹炭复合材料的质量、去离子水a的体积与油酸的质量比为0.5g：50ml：5g。

17、所述步骤(2)fe3o4@c/竹炭复合材料的质量、去离子水b的体积与kmno4的质量比为0.5g：150ml：1.8g。

18、所述的制备方法得到的竹炭基羧基化磁性土壤修复剂。

19、利用所述的制备方法得到的竹炭基羧基化磁性土壤修复剂在重金属污染土壤修复中的应用。

20、所述重金属为pb、zn、cr或cu。

21、所述竹炭基羧基化磁性土壤修复剂的用量为每1kg土壤加入1.4g修复剂。

22、本发明有益效果：

23、本发明以竹炭作为载体，竹炭和fe3o4@c均具有较大的比表面积，适量的竹炭作为添加剂有利于调节土壤ph、增加土壤孔隙度和提高有机质的积累；通过羧基化的修饰，与土壤中重金属可以发生化学反应，降低重金属有效态的含量；采用磁性fe3o4@c作为吸附剂，可以通过电磁力设备回收重新利用，降低使用成本。

24、本发明的竹炭基羧基化磁性修复剂对土壤重金属具有较好的固化作用。实验表明：处理后重金属pb、zn、cr、cu的回收率为97.3％～102.2％，且初始阶段随着修复剂投加量的增加，修复效果逐渐提升，最佳投加量为1.4g·kg-1。本发明竹炭基羧基化磁性修复剂对重金属的修复效率稳定性较佳，30d后修复效率依然高效稳定。

技术特征：

1.一种竹炭基羧基化磁性土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)分割后的长条尺寸为5cm×2cm，粉碎后过60目筛得到粉末；煅烧是从室温以6℃/min的升温速率升温到600℃，达到目标温度后煅烧1h；冲洗是用去离子水冲洗3～4次。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)竹炭的质量、h2o2溶液的体积、naclo溶液的体积与去离子水的体积比为5g：100ml：40ml：200ml；其中，h2o2溶液的浓度为9.79mol/l；naclo溶液的浓度为0.7104mol/l。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)二茂铁的质量、丙酮的体积、改性竹炭的质量与h2o2溶液的体积比为1g：150ml：0.3g：5ml；其中，h2o2溶液的浓度为9.79mol/l。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)fe3o4@c/竹炭复合材料的质量、去离子水a的体积与油酸的质量比为0.5g：50ml：5g。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)fe3o4@c/竹炭复合材料的质量、去离子水b的体积与kmno4的质量比为0.5g：150ml：1.8g。

7.一种利用权利要求1所述的制备方法得到的竹炭基羧基化磁性土壤修复剂。

8.一种利用权利要求1所述的制备方法得到的竹炭基羧基化磁性土壤修复剂在重金属污染土壤修复中的应用。

9.根据权利要求8所述应用，其特征在于，所述重金属为pb、zn、cr或cu。

10.根据权利要求8所述应用，其特征在于，所述竹炭基羧基化磁性土壤修复剂的用量为每1kg土壤加入1.4g修复剂。

技术总结
本发明提供一种竹炭基羧基化磁性土壤修复剂、制备方法及应用。修复剂的制备方法包括以下步骤：(1)竹炭载体制备：1)竹炭制备；2)竹炭改性；(2)磁性土壤修复剂制备：1)Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@C/竹炭复合材料的制备；2)羧基化。本发明以竹炭为载体，竹炭和Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@C均具有较大的比表面积，适量的竹炭作为添加剂有利于调节土壤PH、增加土壤孔隙度和提高有机质的积累；通过羧基化的修饰，与土壤中重金属发生化学反应，降低重金属有效态的含量；采用磁性Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@C为吸附剂，通过电磁力设备回收重新利用，降低使用成本。本发明修复剂对土壤重金属具有较好的固化作用，对重金属的修复效率稳定性较佳，30d后修复效率依然高效稳定。

技术研发人员：杨海龙,王德宇,刘楠,贾昌昌,苏沛沛,李营营,张志铭,白保勋,李畅
受保护的技术使用者：郑州市农林科学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4