一种同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料制造技术

本发明专利技术属于重金属污染修复领域，提供了同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料，其中，钙元素含量为8

【技术实现步骤摘要】
一种同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料


[0001]本专利技术属于重金属污染修复领域，尤其是涉及一种同步固定阴阳重金属离子的材料。本专利技术还涉及该材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]骨炭材料富含磷酸根和钙离子，可通过表面沉淀、离子交换等作用更加稳定的吸附重金属，减少重金属因环境变化发生的解吸。然而，含羟基磷灰石的骨炭材料仅对阳离子型重金属有较好的吸附效果，如Pb(II)，Cd(II)，Cu(II)，Zn(II)等，对于阴离子型重金属，如含As(III) 的亚砷酸根(AsO2‑
)，含Cr(
Ⅴ
I)的重铬酸根(Cr2O
72
‑
)等吸附量极低或几乎没有吸附效果。
[0003]中国专利CN111250053A公开了一种种用于去除重金属离子的水处理剂的制备方法，该制备方法将动物骨头碳化，再添加微晶纤维素合成纤维素改性骨炭材料。该水处理剂可以有效降低污水中铅、镉和铜的浓度。
[0004]中国专利CN110317611A公开了一种金属氧化物/生物炭复合材料、其制备方法及其应用，该专利将动物骨粉置于铁锰盐溶液中，在惰性气氛下热解制成一种金属氧化物/生物炭复合材料。该材料有效降低了某铜矿场地土壤中有效铜的含量，降低了某锌冶炼场地土壤中有效锌和镉的含量。
[0005]包括上述两个专利在内的诸多生物炭吸附剂专利都只关注阳离子重金属的固定，没有考虑对阴离子重金属的吸附，以及对阴阳重金属离子的同步吸附固定能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了解决上述问题和技术缺陷，提供一种同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料及其制备方法与应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供了一种用于阴阳重金属离子同步固定的水铁矿@骨炭材料，该同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料含有钙元素、磷元素、铁元素；其钙元素含量为8
‑
20wt％，磷元素含量为8
‑
14wt％，铁元素含量为15
‑
30wt％。
[0008]可选的，上述用于阴阳重金属离子同步固定的水铁矿@骨炭材料是水铁矿复合生物羟基磷灰石。
[0009]可选的，所述的同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料由下述方法制备：
[0010]将骨炭投加入铁盐溶液之中，搅拌后再投加入硫酸钠，然后温和调节混合液pH达8.0
‑
8.5，整个反应过程保持搅拌状态；静置过夜，过滤得到固体并进行干燥。
[0011]可选的，上述同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料，由以下方法制备：将骨炭在常温下投加入铁盐溶液之中，搅拌后再投加入一定量硫酸钠固体，搅拌后缓慢滴加氢氧化钠溶液至混合液pH达8.0
‑
8.5，整个反应过程保持搅拌状态。之后体系静置稳定12小时，过滤得到固体进行干燥，最后得到水铁矿复合生物羟基磷灰石。
[0012]本专利技术还提供了一种同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料的制备方法，
包括以下步骤：
[0013](1)将骨炭投加入铁盐溶液之中：
[0014](2)搅拌后再投加入硫酸钠；
[0015](3)搅拌，然后缓慢滴加碱性溶液至混合液pH达8.0
‑
8.5，整个反应过程保持搅拌状态；
[0016](4)体系静置过夜，过滤得到固体进行干燥，最后得到水铁矿复合骨炭。
[0017]可选的，骨炭源自动物骨骼，通过500
‑
700℃条件下缺氧热解动物骨骼获得；或者骨骼经粉碎后研磨至粒径小于2mm粉末状进行后续处理。例如，粒径为1.5、1.0、0.8、0.6、0.5、 0.3mm，等。
[0018]可选的，步骤(1)中，直接加入铁盐溶液而非加水再加铁盐，骨炭投加入铁盐溶液之中，控制粉末固体和水之比为1:15
‑
1:25，质量体积比。
[0019]可选的，所述铁盐是三价铁盐，且合成过程一直处于被搅拌状态，例如，所述铁盐是氯化铁、硫酸铁或硝酸铁。所述的合成铁氢氧化物可以是水铁矿。本专利技术通过共沉淀和水热法合成了多种铁(锰)氢氧化物，以测试它们对阴离子重金属AsO2‑
的吸附效能。结果显示，并非所有的铁(锰)氢氧化物都能达到很好的效果，其中以水铁矿对AsO2‑
的吸附量效果最好，可以达到0.7mmol/g以上。
[0020]可选的，步骤(1)所得的混合液中铁元素与骨炭的质量比为1:2
‑
1:6，质量比。
[0021]可选的，超声的时间不少于5分钟，例如，6、8、10、15、20、30、40、50、60分钟或者更长时间，其目的在于将骨炭有效分散在铁盐溶液中。
[0022]可选的，加入的硫酸钠为固体，也可用硫酸钾固体替代。
[0023]可选的，所述硫酸钠固体与步骤(2)所得的混合液的比例是1:50
‑
1:200，质量体积比。
[0024]可选的，步骤(3)中，所述的碱性溶液是强碱KOH(氢氧化钾)或NaOH(氢氧化钠)。
[0025]可选的，控制速率为0.5
‑
2秒/滴。
[0026]可选的，碱性溶液的浓度为3
‑
9mol/L。
[0027]可选的，步骤(4)中，体系静置过夜是指将步骤(3)所得混合液稳定静置8
‑
16小时。
[0028]可选的，干燥是在38
‑
45℃条件下干燥20小时以上。
[0029]可选的，整个制备方法在常温下完成。例如，将骨炭在常温下投加入铁盐溶液之中，搅拌后再投加入一定量硫酸钠固体，搅拌后缓慢滴加氢氧化钠溶液至混合液pH达8.0
‑
8.5，整个反应过程保持搅拌状态。之后室温下体系静置稳定12小时，过滤得到固体进行干燥，最后得到水铁矿复合生物羟基磷灰石。
[0030]可选的，所述重金属污染物包括水体或土壤中的Pb(II)和AsO2‑
复合污染，或Cd(II)和 AsO2‑
复合污染，或Pb(II)、Cd(II)和AsO2‑
复合污染。
[0031]本专利技术还提供了同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料的应用。该同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料可用于固定或者吸附阳重金属离子。
[0032]可选的，通过将富含羟基磷灰石的骨炭材料在常温下与铁盐溶液共沉淀，合成水铁矿@ 骨炭材料，该材料可以高效同步固定多种阴阳离子重金属污染物，在pH大于3.0条件下，对 Pb(II)、Cd(II)和亚砷酸根(AsO2‑
)的吸附量可达2.64、1.56和0.54mmol/g。
[0033]由于采用了上述技术方案，本专利技术获得的有益效果包括：
[0034]1.本专利技术材料的全程制备都是在室温环境下进行。同时，所用原料均是低价工业药剂，无重金属和有机污染物产生。因此本专利技术的制备过程是节能低耗，经济实用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料，其特征在于，该同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料含有钙元素、磷元素、铁元素；钙元素含量为8
‑
20wt％；磷元素含量为8
‑
14wt％铁元素含量为15
‑
30wt％。2.根据权利要求1所述的同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料，其特征在于，所述的同步固定阴阳重金属离子的水铁矿@骨炭材料由下述方法制备：将骨炭投加入铁盐溶液之中，搅拌后再投加入硫酸钠，然后温和调节混合液pH达8.0
‑
8.5，整个反应过程保持搅拌状态；静置过夜，过滤得到固体并进行干燥。3.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包含以下步骤：(1)将骨炭投加入铁盐溶液之中：(2)搅拌后再投加入硫酸钠；(3)搅拌，然后缓慢滴加碱性溶液至混合液pH达8.0
‑
8.5，整个反应过程保持搅拌状态；(4)体系静置过夜，过滤得到固体进行干燥，最后得到水铁矿复合生物羟基磷灰石。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，骨炭源自动物骨骼，通过500
‑
700℃条件下缺氧热解动物骨骼获得；或者经粉碎后研磨至小于2mm粉末状进行后续处理。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，骨炭投加入铁盐溶液之中；或者先将骨炭材料粉末加入去离子水中，控制粉末固体和水之比为1:15
‑
1:25，质量体积比，超声后加入铁盐溶液；所述铁盐是三价铁盐；或者所述铁盐是氯化铁或硝酸铁；步骤(1)所得的混合液中铁元素与骨...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱宇平，洪诚一，祝凌，张吉琛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：