一种土壤中重金属吸附材料及其制备方法与流程

本发明涉及土壤修复的，具体涉及一种土壤中重金属吸附材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类城市化和工业化的发展，重金属污染问题（如hg、pb、cu、cd、as、ni、cr等）愈发凸显。重金属污染不仅对人类赖以生存的土壤和水源安全造成严重威胁，更是人体生命健康的巨大隐患。重金属可经过各种途径被人体摄入，进而在人体内不断富集，最终与蛋白质、核酸、生物酶等生命物质相结合并使其失去生理活性，对人体生长发育造成严重影响。因此，重金属污染问题亟需解决，重金属污染土壤的修复，是指采用科学技术或方法去除土壤中的重金属或者降低重金属在土壤中的活性，来恢复土壤正常的生态系统功能，减少土壤中的重金属被植物吸收利用，切断重金属通过食物链向人体转移的途径。根据重金属污染物的特点，目前主要有物理修复、化学修复和生物修复等方法。其中，物理修复中吸附法以高效、灵活、经济、实用等优点得到广泛的应用。但是目前常用的重金属离子吸附用材料各有不足，如吸附含量低、不易回收、成本高等。因此，发展高效、易回收、低成本的重金属吸附材料是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：针对上述的技术问题，本发明的目的是提供一种土壤中重金属吸附材料及其制备方法，通过采用含纳米铁骨架，一方面烧结后能够在气凝胶内形成全流通的纳米通道，不仅比表面积大大增加，而且流通性的通道能够快速，更大量的对重金属离子进行吸附；另一方面，含纳米铁骨架还能够有效增强气凝胶的架结构，防止气凝胶的坍塌。

2、技术方案：一种土壤中重金属吸附材料，所述土壤中重金属吸附材料为具有全流通纳米通道的含纳米铁的气凝胶。

3、上述土壤中重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将纳米零价铁粉体加入水中后进行超声分散，获得纳米零价铁分散液；

5、（2）将pva加入到水中，室温下溶胀30min后，于90℃下磁力搅拌3h；

6、（3）加入纳米零价铁分散液，搅拌30min，冷却至室温，获得pva浓度为7-10%的静电纺丝液；

7、（4）将纺丝液采用静电纺丝装置进行静电纺丝，用接收板接收；

8、（5）置于烘箱中干燥，获得含纳米铁骨架；

9、（6）将naoh、尿素和去离子水按质量比为7:12:81混合，得到naoh-尿素水溶液；

10、（7）将naoh-尿素水溶液预冷至-12℃，加入微晶纤维素搅拌10min后加入聚醚型双子表面活性剂搅拌均匀；

11、（8）置于离心机中在5000 r/min转速下离心10min，取上清液；

12、（9）取含纳米铁骨架置于模具中，缓慢倒入上清液至淹没含纳米铁骨架，在50℃恒温水浴中保温4h进行凝胶反应；

13、（10）移置室温25℃条件下老化24h，真空冷冻干燥得到复合气凝胶；

14、（11）将复合气凝胶置于惰性气体保护的炭化炉中烧结，即得具有全流通纳米通道的含纳米铁的气凝胶。

15、进一步的，步骤（1）中超声分散条件为：功率为150 w，温度为30℃，时间为30 min。

16、进一步的，所述静电纺丝液中纳米零价铁的含量为1-3wt.%。

17、进一步的，步骤（4）中静电纺丝条件为：针头内径规格为0.16 mm，纺丝液流速为0.6-1.5ml/h，环境温度为30-45℃，湿度为40% ，电压为25 kv，与接收板距离为13 cm。

18、进一步的，步骤（5）中含纳米铁骨架的孔隙率为70-80%，孔径为40-50 μm。

19、进一步的，所述聚醚型双子表面活性剂是一类含有醚键和羟基的低聚物，是将环氧乙烷链段引入设计分子中作为亲水链，与季铵盐形成双亲水链，烷基链形成双疏水链，烷基作为连接基团的聚醚。

20、进一步的，所述步骤（7）中naoh-尿素水溶液、微晶纤维素和聚醚型双子表面活性剂的质量比为100:（5-7）:（0.2-1.8）。

21、进一步的，所述步骤（11）中烧结方式为：以5℃/min的升温速率，升温至250℃，再以1℃/min速率升温到600℃，最后以5℃/min升温至900℃保温2h。

22、有益效果：

23、1、本发明中采用了含纳米铁骨架，一方面烧结后能够在气凝胶内形成全流通的纳米通道，不仅比表面积大大增加，而且流通性的通道能够快速，更大量的对重金属离子进行吸附；另一方面，含纳米铁骨架还能够有效增强气凝胶的架结构，防止气凝胶的坍塌。

24、2、本发明中含纳米铁骨架中含有纳米零价铁，纳米零价铁是良好的还原剂，由于其纳米级粒径，因此具有更大的比表面积，对重金属离子就具有更强的钝化能力，同时，由于纳米零价铁具有良好的磁响应性，在进行处理后，能够通过磁场对其进行快速磁性分离，便于回收重复利用。

25、3、本发明在制备气凝胶中添加了聚醚型双子表面活性剂，由于聚醚型双子表面活性剂具有环氧乙烷链段，使其具有良好的渗透性，且乳化性好，具有胶束组装能力，使得气凝胶更易交联成型。

技术特征：

1.一种土壤中重金属吸附材料，其特征在于，所述土壤中重金属吸附材料为具有全流通纳米通道的含纳米铁的气凝胶。

2.根据权利要求1所述的一种土壤中重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种土壤中重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中超声分散条件为：功率为150 w，温度为30℃，时间为30 min。

4.根据权利要求2所述的一种土壤中重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝液中纳米零价铁的含量为1-3wt.%。

5.根据权利要求2所述的一种土壤中重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中静电纺丝条件为：针头内径规格为0.16 mm，纺丝液流速为0.6-1.5ml/h，环境温度为30-45℃，湿度为40% ，电压为25 kv，与接收板距离为13 cm。

6.根据权利要求2所述的一种土壤中重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）中含纳米铁骨架的孔隙率为70-80%，孔径为40-50 μm。

7.根据权利要求2所述的一种土壤中重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述聚醚型双子表面活性剂是一类含有醚键和羟基的低聚物，是将环氧乙烷链段引入设计分子中作为亲水链，与季铵盐形成双亲水链，烷基链形成双疏水链，烷基作为连接基团的聚醚。

8.根据权利要求2所述的一种土壤中重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中naoh-尿素水溶液、微晶纤维素和聚醚型双子表面活性剂的质量比为100:（5-7）:（0.2-1.8）。

9.根据权利要求2所述的一种土壤中重金属吸附材料及其制备方法，其特征在于，所述步骤（11）中烧结方式为：以5℃/min的升温速率，升温至250℃，再以1℃/min速率升温到600℃，最后以5℃/min升温至900℃保温2h。

技术总结
本发明提供了一种土壤中重金属吸附材料及其制备方法。包括以下步骤：制备纳米零价铁分散液；将PVA加入到水中溶胀；加入纳米零价铁分散液搅拌获得静电纺丝液；进行静电纺丝；干燥获得含纳米铁骨架；制备NaOH‑尿素水溶液；预冷，加入微晶纤维素搅拌后加入聚醚型双子表面活性剂搅拌均匀；离心取上清液；取含纳米铁骨架置于模具中，缓慢倒入上清液至淹没含纳米铁骨架，凝胶反应；老化，真空冷冻干燥；置于炭化炉中烧结即得。本发明通过采用含纳米铁骨架，烧结后能够在气凝胶内形成全流通的纳米通道，不仅比表面积大大增加，而且流通性的通道能够快速，更大量的对重金属离子进行吸附；同时，含纳米铁骨架还能够有效增强气凝胶的架结构，防止气凝胶的坍塌。

技术研发人员：潘澄,戴思远,高曦,盛月慧,张宗文
受保护的技术使用者：苏州中晟环境修复有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15