一种Fe-Mn@PDA@ASEP复合材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种Fe

【技术实现步骤摘要】
一种Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及重金属污染处理材料，具体涉及一种Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料及其制备方法，属于重金属污染物处理


技术介绍

[0002]土壤是生态系统的基本要素之一，是人类以及一切生命赖以生存的根基。当前，土壤污染已经受到全世界各国政府的高度关注，土壤防治理念从“先污染后治理”向“谁污染谁治理”的观念转变，土壤污染防治取得了一定的成效，但是土壤污染的问题仍然没有得到有效根治，对当前自然环境以及动植物和人类的健康都存在潜在的影响。目前，重金属污染土壤的修复技术上可分为：物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术和其他联合修复技术。基本原理主要是：(1)改变金属在土壤中的存在形态，降低在土壤中的移动性和生物有效性；(2)把重金属从土壤基质中排除出去，削减土壤重金属总量。物理修复技术工程措施成本高、破坏土壤母质性状，仅适用于小面积区域土壤修复，难以广泛使用。生物修复目标生物量低、修复周期长、植物后续处置困难，实际应用过程中受到了不同程度限制。土壤淋洗技术对土壤的渗透系数有一定要求，且存在淋洗剂的再处理问题。而固化稳定化技术因成本较低、操作简单、见效快广泛适用于大面积污染治理，是现行最为有效的重金属土壤污染修复技术。
[0003]固化稳定化技术一般是向重金属污染土壤中添加一种或多种活性物质，调节土壤理化性质或经过沉淀、吸附、络合、氧化
‑
还原等一系列反应，来改变重金属元素在土壤中的化学形态和赋存状态，从而降低其在土壤中的可移动性和生物有效性，达到修复污染土壤的目的。固化剂是决定固化稳定化技术修复成效的关键所在，海泡石(Si
12
O
30
Mg8(OH)4(H2O)4·
8H2O)是一种天然的纤维状多孔硅酸镁粘土矿物，海泡石对重金属的吸附机制包括以下4个方面：海泡石的Si
‑
OH基团(存在于Si
‑
O四面体外缘，或Si
‑
O
‑
Si基团断裂形成)与重金属离子间的表面络合吸附；海泡石表面的羟基基团与溶液中的OH
‑
可能会与金属离子形成表面沉淀；部分金属离子进入其晶格内部同晶置换替代Mg
‑
O八面体中的Mg
2+
；海泡石拥有包括贯穿整个结构的沸石水通道和孔洞，有利于对极性或弱极性物质的吸附。天然海泡石储量丰富、价格低廉，但因其腔孔阻塞、比表面积受限、自负载能力低和金属结合常数小等缺点限制了其在重金属吸附中的应用，因此，加强对海泡石开发利用、改善其表面性质和对重金属的吸附能力十分重要。其中，常用的海泡石改性方法主要是酸改性，热改性，酸热改性，磁化改性和有机改性等，利用多巴胺改性海泡石性能的研究鲜有报道。
[0004]中国专利文献CN105195085A公开了一种多巴胺改性海泡石吸附剂的制备方法，先采用盐酸对海泡石进行处理，洗涤干燥及研磨后得到酸活化的海泡石；然后将酸活化的海泡石和盐酸多巴胺于三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中进行搅拌反应，洗涤干燥后即得到多巴胺改性海泡石吸附剂。其目的是在海泡石表面生成聚多巴胺，提高海泡石对土壤和水中的重金属(主要为(Cr
6+
，Pb
2+
，Cd
2+
和Cu
2+
等)吸附量。但是该吸附材料的聚多巴胺层存在层厚相对较薄、渗透性、稳定性较差、机械强度较低等问题，同时该吸附材料处理砷锑铊等重金属
污染效果不佳，甚至无法去除，特别是无法应用于含有As
3+
、Sb
3+
、Tl
+
等还原性离子的土壤的处理。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料及其制备方法和用途，本专利技术先通过酸处理，使得天然海泡石的空隙增大增多，比表面积增大，吸附性能增强，同时去除了海泡石基体表面的杂质，为后续多巴胺修饰附着提高了良好的条件；其次本专利技术采用多巴胺对海泡石的表面进行修饰的同时加入氧化剂，在氧化剂的作用下，能够缩短多巴胺的聚合时间，且提高聚多巴胺包覆层的平整性、均匀性和渗透性，使得聚多巴胺包覆层更加紧凑稳定，更有利于对基体表面的进一步修饰、改性；最后本专利技术进一步在多巴胺修饰后的海泡石基体上引入高价铁、锰材料，将高价铁化合物以及氧化性锰化合物锚固在材料的表面，制备得到Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料并应用于重金属污染处理。也就是说，本专利技术通过多巴胺修饰海泡石，多巴胺聚集体含有大量酚羟基、胺基等基团，为络合各种金属离子提供了丰富的活性位点，同时经多巴胺修饰后的基体还能够有针对性的接枝其它功能基团进行二次功能化，接枝高价铁化合物以及氧化性锰化合物，使得本专利技术的材料具有氧化作用，可氧化As
3+
，Sb
3+
，Tl
+
等还原性离子变成高价离子得以稳定，大大降低重金属毒性，为材料的应用拓宽了领域。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案具体如下所述：
[0007]根据本专利技术的第一种实施方案，提供一种Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料。
[0008]一种Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料，该复合材料包括多巴胺修饰的海泡石基体(PDA@ASEP)和负载在该基体上的高价铁化合物和氧化性锰化合物(相当于基体二次功能化接枝)。所述多巴胺修饰的海泡石基体(PDA@ASEP)是先将海泡石用酸进行活化改性，然后再采用氧化剂和多巴胺共同修饰后获得的。
[0009]作为优选，所述高价铁化合物为六价的铁化合物。所述氧化性锰化合物为四价锰化合物、六价锰化合物、七价锰化合物中的一种或多种。
[0010]作为优选，所述氧化剂选自高价铁化合物、氧化性锰化合物、双氧水、过硫酸钠、氯酸钠中的一种或多种。
[0011]作为优选，所述高价铁化合物为高铁酸钠和/或高铁酸钾。所述氧化性锰化合物为高锰酸钾、高锰酸钠、锰酸钾、锰酸钠、二氧化锰中的一种或多种。
[0012]作为优选，所述海泡石的粒径为150
‑
300目，优选为180
‑
250目。
[0013]作为优选，所述复合材料中海泡石、多巴胺、高价铁化合物、氧化性锰化合物的质量比为100:4
‑
25:5
‑
30:5
‑
30，优选为100:8
‑
20:8
‑
25:8
‑
25。
[0014]根据本专利技术的第二种实施方案，提供一种制备Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料的方法。
[0015]一种制备Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料的方法或制备如第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料，其特征在于：该复合材料包括多巴胺修饰的海泡石基体(PDA@ASEP)和负载在该基体上的高价铁化合物和氧化性锰化合物；所述多巴胺修饰的海泡石基体(PDA@ASEP)是先将海泡石用酸进行活化改性，然后再采用氧化剂和多巴胺共同修饰后获得的。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述高价铁化合物为六价的铁化合物；所述氧化性锰化合物为四价锰化合物、六价锰化合物、七价锰化合物中的一种或多种；和/或所述氧化剂选自高价铁化合物、氧化性锰化合物、双氧水、过硫酸钠、氯酸钠中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：所述高价铁化合物为高铁酸钠和/或高铁酸钾；所述氧化性锰化合物为高锰酸钾、高锰酸钠、锰酸钾、锰酸钠、二氧化锰中的一种或多种。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的复合材料，其特征在于：所述海泡石的粒径为150
‑
300目；所述复合材料中海泡石、多巴胺、高价铁化合物、氧化性锰化合物的质量比为100:4
‑
25:5
‑
30:5
‑
30。5.一种制备Fe
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Mn@PDA@ASEP复合材料的方法或制备如权利要求1
‑
4中任一项所述Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：1)将海泡石与酸混合进行反应，反应完成后得到酸化海泡石；2)将步骤1)获得的酸化海泡石与多巴胺及氧化剂同时加入到tris溶液中进行反应，反应完成后得到多巴胺修饰的海泡石基体(PDA@ASEP)；3)将步骤2)获得的多巴胺修饰的海泡石基体(PDA@ASEP)加入到高价铁化合物与氧化性锰化合物的混合溶液中反应，反应完成后得到Fe
‑
Mn@PDA@ASEP复合材料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述酸为稀盐酸、稀硫酸、草酸中的一种或多种；和/或所述酸的浓度为0.1
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2mol/L；和/或所述海泡石与酸加入量的固液比为1:5～20。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述氧化剂选自高价铁化合物、氧化性锰化合物、双氧水、过硫酸钠、氯酸钠中的一种或多种；和/或在步骤2)中，所述酸化海泡石、多巴胺、氧化剂加入量的质量比为100:5
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25:1
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10；和/或所述tris溶液的pH值为7
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9。8.根据权利要求5
‑
7中任一项所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：文波，钟楚彬，王豪，李栎，雷国建，马英才，刘朝，史勇，朱铁钢，姚琼玉，
申请(专利权)人：湖南国重环境科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：