權(quán)利要求

1.功能化磁性材料制備方法，其特征在于，包括： 對硅酸鹽礦物、粘接劑、鐵氧體化合物和造孔劑進(jìn)行混合成型制備前驅(qū)體； 對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒得到磁性材料； 在所述磁性材料中加入溶劑和功能化試劑后進(jìn)行分子自組裝得到功能化磁性材料； 對功能化磁性材料進(jìn)行功能篩選得到具有土壤修復(fù)功能的材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化磁性材料制備方法，其特征在于，所述在所述磁性材料中加入溶劑和功能化試劑后進(jìn)行分子自組裝得到功能化磁性材料，包括： 通過酸處理或者堿處理，在磁性材料內(nèi)外表面實現(xiàn)富羥基化； 加入水解后的硅烷偶聯(lián)劑，使硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)生的硅醇與磁性材料的羥基產(chǎn)生縮合反應(yīng)，從而將有機(jī)物接枝到無機(jī)磁性材料表面，在磁性材料上生成有機(jī)分子膜。 

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化磁性材料制備方法，其特征在于，所述磁性材料的孔隙率大于45％且小于60％，比表面積大于120m 2/g。 

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化磁性材料制備方法，其特征在于，所述對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒時的溫度控制在850℃至1200℃之間，焙燒時長大于等于8小時且小于等于9小時。 

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的功能化磁性材料制備方法，其特征在于，所述對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒包括： 控制煅燒溫度在850℃至900℃對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒，保持2小時至2.5小時后，將煅燒溫度增至1100℃至1200℃，保持5.5小時至7小時，得到多孔的磁性材料。 

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化磁性材料制備方法，其特征在于，所述硅酸鹽礦物、粘接劑、鐵氧體化合物和造孔劑按以下重量份進(jìn)行配比混合： 硅酸鹽礦物20-40重量份； 粘接劑5-6重量份； 鐵氧體化合物62-75重量份； 造孔劑35至40重量份。 

7.土壤修復(fù)方法，包括以下步驟： 將采用權(quán)利要求1至6任一所述方法制備的具有土壤修復(fù)功能的材料添加到汞超標(biāo)的待修復(fù)區(qū)域的土壤中，并進(jìn)行攪拌； 在待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴水使土壤保持在含水率超過一閾值； 在一時間段后，采用濕法磁選的方式將所述具有土壤修復(fù)功能的材料從土壤中分離出來。 

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種土壤修復(fù)方法，其特征在于，所述將所述具有土壤修復(fù)功能的材料從土壤中分離出來，之后還包括將具有土壤修復(fù)功能的材料置于稀酸中進(jìn)行解吸，將汞與材料分離。

說明書

功能化磁性材料制備方法及土壤修復(fù)方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及功能化磁性材料制備方法及土壤修復(fù)方法。

背景技術(shù)

汞是一種金屬元素，俗稱水銀，英文名稱Mercury，化學(xué)元素符號Hg。汞是閃亮的銀白色重質(zhì)液體，也是在常溫、常壓下唯一以液態(tài)形式存在的金屬。常溫下汞化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，汞蒸氣和汞的化合物多有劇毒。汞能溶解許多金屬(如金、銀等)，形成汞合金(也叫汞齊)。汞在地殼中自然生成，通過火山活動、巖石風(fēng)化或作為人類活動的結(jié)果，釋放到環(huán)境中。

汞是一種對環(huán)境和人體危害性較大的元素，隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長和城市化水平的不斷提高，全國范圍內(nèi)土壤的汞污染問題越來越嚴(yán)重，尤其對農(nóng)田土壤造成了嚴(yán)重的危害。汞污染土壤不僅對農(nóng)產(chǎn)品安全性和質(zhì)量具有較大威脅，且水環(huán)境的質(zhì)量也構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

現(xiàn)有去除土壤中汞的方式很多，譬如申請?zhí)枮?01811468891.8的發(fā)明專利“修復(fù)汞污染土壤的方法”，其采用在土地中栽種蘆竹的方式實現(xiàn)土壤的修復(fù)，采用該種方式，其以年為單位進(jìn)行輪作，直到土壤達(dá)到汞含量的標(biāo)準(zhǔn)，其耗時長。

對此，急需一種可快速實現(xiàn)土壤修復(fù)的材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有土壤修復(fù)時間長缺少土壤修復(fù)材料的問題，本發(fā)明提供一種功能化磁性材料制備方法及土壤修復(fù)方法，其采用吸附方式實現(xiàn)土壤修復(fù)，可加速土壤修復(fù)速度，縮短修復(fù)時間。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明第一方面提供一種功能化磁性材料制備方法，包括：

對硅酸鹽礦物、粘接劑、鐵氧體化合物和造孔劑進(jìn)行混合成型制備前驅(qū)體；

對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒得到磁性材料；

在所述磁性材料中加入溶劑和功能化試劑后進(jìn)行分子自組裝得到功能化磁性材料；

對功能化磁性材料進(jìn)行功能篩選得到具有土壤修復(fù)功能的材料。

在一種可能的設(shè)計中，所述在所述磁性材料中加入溶劑和功能化試劑后進(jìn)行分子自組裝得到功能化磁性材料，包括：

通過酸處理或者堿處理，在磁性材料內(nèi)外表面實現(xiàn)富羥基化；

加入水解后的硅烷偶聯(lián)劑，使硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)生的硅醇與磁性材料的羥基產(chǎn)生縮合反應(yīng)，從而將有機(jī)物接枝到無機(jī)磁性材料表面，在磁性材料上生成有機(jī)分子膜。

在一種可能的設(shè)計中，所述磁性材料的孔隙率大于45％且小于60％，比表面積大于120m 2/g。

在一種可能的設(shè)計中，所述對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒時的溫度控制在850℃至1200℃之間，焙燒時長大于等于8小時且小于等于9小時。

在一種可能的設(shè)計中，所述對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒包括：

控制煅燒溫度在850℃至900℃對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒，保持2小時至2.5小時后，將煅燒溫度增至1100℃至1200℃，保持5.5小時至7小時，得到多孔的磁性材料。

在一種可能的設(shè)計中，所述硅酸鹽礦物、粘接劑、鐵氧體化合物和造孔劑按以下重量份進(jìn)行配比混合：

硅酸鹽礦物20-40重量份；

粘接劑5-6重量份；

鐵氧體化合物62-75重量份；

造孔劑35至40重量份。

本發(fā)明第二方面提供一種土壤修復(fù)方法，包括以下步驟：

將采用第一方面及其任一種可能中的所述方法制備的具有土壤修復(fù)功能的材料添加到汞超標(biāo)的待修復(fù)區(qū)域的土壤中，并進(jìn)行攪拌；

在待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴水使土壤保持在含水率超過一閾值；

在一時間段后，采用濕法磁選的方式將所述具有土壤修復(fù)功能的材料從土壤中分離出來。

在一種可能的設(shè)計中，所述將所述具有土壤修復(fù)功能的材料從土壤中分離出來，之后還包括將具有土壤修復(fù)功能的材料置于稀酸中進(jìn)行解吸，將汞與材料分離。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明通過以硅酸鹽礦物、粘接劑、鐵氧體化合物和造孔劑為原料，經(jīng)焙燒、分子自組裝等方法，制備了一種可吸附土壤中汞金屬的材料，其制備方式簡單可行。

2、本發(fā)明采用材料對土壤中汞金屬吸附的方法，實現(xiàn)土壤修復(fù)，可加速土壤修復(fù)速度，縮短修復(fù)時間。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明磁性材料制備方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明土壤修復(fù)方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。在此需要說明的是，對于這些實施例方式的說明雖然是用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。本文公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)僅用于描述本發(fā)明的示例實施例。然而，可用很多備選的形式來體現(xiàn)本發(fā)明，并且不應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明限制在本文闡述的實施例中。

應(yīng)當(dāng)理解，對于本文中可能出現(xiàn)的術(shù)語“和/或”，其僅僅是一種描述關(guān)聯(lián)對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/或B，可以表示：單獨存在A，單獨存在B，同時存在A和B三種情況；對于本文中可能出現(xiàn)的術(shù)語“/和”，其是描述另一種關(guān)聯(lián)對象關(guān)系，表示可以存在兩種關(guān)系，例如，A/和B，可以表示：單獨存在A，單獨存在A和B兩種情況；另外，對于本文中可能出現(xiàn)的字符“/”，一般表示前后關(guān)聯(lián)對象是一種“或”關(guān)系。

應(yīng)當(dāng)理解，在下面的描述中提供了特定的細(xì)節(jié),以便于對示例實施例的完全理解。然而,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實現(xiàn)示例實施例。例如可以在框圖中示出系統(tǒng)，以避免用不必要的細(xì)節(jié)來使得示例不清楚。在其他實例中，可以不以非必要的細(xì)節(jié)來示出眾所周知的過程、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以避免使得示例不清楚。

如圖1所示，本發(fā)明第一方面公開了一種功能化磁性材料制備方法，包括步驟S101至步驟S104。

步驟S101、對硅酸鹽礦物、粘接劑、鐵氧體化合物和造孔劑進(jìn)行混合成型制備前驅(qū)體，使得多孔磁性材料的前驅(qū)體能適于工業(yè)化生成且具有便于土壤重金屬污染治理及回收的形狀和尺寸。

粘接劑可采用無機(jī)粘接劑，其粘接強(qiáng)度高。具體的，可采用硅酸鹽類的無機(jī)粘接劑，比如經(jīng)改性后的水玻璃。

造孔劑可采用碳酸銨、碳酸氫銨等。

硅酸鹽礦物、粘接劑、鐵氧體化合物和造孔劑分別按以下重量份配置：

硅酸鹽礦物20-40重量份；

粘接劑5-6重量份；

鐵氧體化合物62-75重量份；

造孔劑35至40重量份。

步驟S102、對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒得到磁性材料。

該步驟中，采用低溫煅燒的方式進(jìn)行焙燒，以使磁性材料的孔徑均一且高比表面積可控。

在焙燒過程中，將溫度控制在850℃至1200℃之間，控制煅燒時長在8至9小時之間以獲得穩(wěn)定的多孔磁性材料。優(yōu)選的，在該步驟中，控制煅燒溫度在850℃至900℃對所述前驅(qū)體進(jìn)行焙燒，保持2小時至2.5小時后，將煅燒溫度增至1100℃至1200℃，保持5.5小時至7小時，得到多孔的磁性材料。采用先相對低溫后相對高溫的煅燒方式，相對低的煅燒溫度使前驅(qū)體溫度均勻，再升溫至較高溫度進(jìn)行煅燒，可大大提高多孔磁性材料的成孔率和成孔質(zhì)量，提高多孔磁性材料的穩(wěn)定性能，制的孔徑均勻、孔徑大小適中的多孔磁性材料。

采用上述優(yōu)選步驟制的磁性材料為多孔磁性材料，該磁性材料的孔隙率大于45％且小于60％，比表面積大于120m 2/g?？讖皆?00納米至1500納米，具有高比表面積，可選擇性吸附土壤中的大量重金屬離子，且不受堿金屬或堿土金屬離子的干擾。

步驟S103、在所述磁性材料中加入溶劑和功能化試劑后進(jìn)行分子自組裝得到功能化磁性材料。具體的，先通過酸處理或者堿處理，在磁性材料內(nèi)外表面實現(xiàn)富羥基化；再加入水解后的硅烷偶聯(lián)劑，使硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)生的硅醇與磁性材料的羥基產(chǎn)生縮合反應(yīng)，生成氧-硅-氧鍵，從而將有機(jī)物接枝到無機(jī)磁性材料表面，在磁性材料上生成有機(jī)分子膜。此時的有機(jī)分子膜具有特定的官能團(tuán)。

步驟S104、對功能化磁性材料進(jìn)行功能篩選得到具有土壤修復(fù)功能的材料。該步驟中，對磁性材料自組裝制備的官能團(tuán)，選擇性吸附重金屬中的汞，使該材料具備汞的吸附功能。

采用上述方法制備的具有土壤修復(fù)功能的材料，在實驗室采用靜態(tài)吸附和動態(tài)吸附測試材料的吸附容量、解吸性能，一公斤的材料最高可吸附高達(dá)0.12公斤的汞，且解吸性能良好。即采用上述方法制備的具有土壤修復(fù)功能的材料，其可選擇性吸附土壤中的汞，應(yīng)用簡單且可重復(fù)利用，降低了處理成本。

如圖2所示，本發(fā)明第二方面公開了一種土壤修復(fù)方法，包括步驟S201至步驟S204。

步驟S201、將采用第一方面及其任一種可能中所述方法制備的具有土壤修復(fù)功能的材料添加到汞超標(biāo)的待修復(fù)區(qū)域的土壤中，并進(jìn)行攪拌，使材料與土壤充分混合。

具體的，該步驟中，具有土壤修復(fù)功能的材料的添加量根據(jù)待修復(fù)區(qū)域的土壤的測定情況而定。將待修復(fù)區(qū)域的土壤與具有土壤修復(fù)功能的材料采用攪拌機(jī)中的形式攪拌均勻并分散的污染場地，或者將具有土壤修復(fù)功能的材料均勻撒在待修復(fù)區(qū)域中，采用耕地機(jī)多次翻作。

步驟S202、在待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴水使土壤保持在含水率超過一閾值。在該步驟中，可采用定時噴水的方式確保待修復(fù)區(qū)域的含水率。該含水率控制在在70％至75％為最佳，以提高材料對汞的吸附速度。

步驟S203、在一時間段T后，采用濕法磁選的方式將所述具有土壤修復(fù)功能的材料從土壤中分離出來,使汞污染的土壤變成汞含量符合標(biāo)準(zhǔn)的土壤。此處的時間段T,根據(jù)土壤中汞含量和材料使用量決定。汞含量越高，時間段T越長；反之，時間段T越短。材料使用量越多，時間段T越短，反之，時間段T越長，但并不是材料越多越好，材料越多，費用越高，且后續(xù)的分離成本也高。

步驟S204、將具有土壤修復(fù)功能的材料置于稀酸中進(jìn)行解吸，將汞與材料分離，使具有土壤修復(fù)功能的材料可以多次復(fù)用，還可回收解吸液中的汞，實現(xiàn)功能材料與重金屬綜合回收利用。

采用上述方法，可將現(xiàn)有采用植物法的幾年時間縮短至2至3個月，可大大縮短土壤修復(fù)時間。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。

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