一种钙铁阴离子黏土矿物材料、制备方法及应用

本发明属于新材料和环境治理领域，尤其涉及一种钙铁阴离子黏土矿物材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、根据我国2016年发布的《全国土壤污染状况调查公报》，镉、砷超标率分别为7％，2.7％。我国土壤镉、砷复合污染较严重的地区主要集中在东南部，据田间调查表明，水稻主产区土壤镉、砷的超标率分别达33.6％、6.19％，造成严重的经济损失制约农业的可持续发展，并危及人类健康；因此，镉、砷污染土壤的修复已迫在眉睫。

2、现有的重金属污染土壤修复技术主要包括物理修复、化学修复、植物修复、微生物修复、联合修复等。物理修复和植物修复是通过降低污染物在土壤中的浓度从而达到土壤可利用目的；化学修复通过固化或钝化作用改变污染物的形态进而降低其在环境中的迁移性，如固化/稳定化；而微生物修复需要对菌株筛选并考虑环境对微生物的变异作用，耗时长且高浓度污染水平不利于微生物生长。其中，通过固化或钝化作用可以降低重金属在环境中的迁移性，从而防止重金属进入生态系统危害人类健康；而且固化/稳定化技术具有操作简单、成本低、时间短及可同时治理多种污染物等技术优势，因此具有广阔应用前景。

3、公开号为cn102336461a的中国发明专利申请公开了一种用水滑石除去水溶液中金属离子的方法；虽然其将水滑石应用于含金属离子的污水处理中，实现了污水中金属离子的脱除；但是，该专利申请中的镉砷浓度均小于10ppm，其并未实现更高浓度镉砷的共同处理；并且，由于土壤和水体的差异性，该专利申请也未实现土壤中镉砷的共同稳定化。

4、鉴于此，有必要提供一种钙铁阴离子黏土矿物材料、制备方法及应用，以解决或至少缓解上述现有技术未实现高浓度镉砷共同高效处理和土壤中镉砷稳定化的技术缺陷。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种钙铁阴离子黏土矿物材料、制备方法和应用，旨在解决或至少缓解上述现有技术未实现高浓度镉砷共同高效处理和土壤中镉砷稳定化的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法，包括步骤：

3、s1，提供含有钙离子和铁离子的第一混合盐溶液；

4、s2，将所述第一混合盐溶液滴加至水中，得第二混合盐溶液；并在所述滴加的过程中，保持所述第二混合盐溶液的ph为10～13；

5、s3，对所述第二混合盐溶液进行陈化，得含钙铁阴离子黏土矿物材料的反应液；所述陈化的温度为10～40℃。

6、进一步地，所述钙离子的来源包括氯化钙，所述铁离子的来源包括氯化铁。

7、进一步地，所述钙离子和所述铁离子的摩尔比为1.5～4.5:1。

8、进一步地，所述钙离子在所述第一混合盐溶液中的浓度为0.04～0.5mol/l，所述铁离子在所述第一混合盐溶液中的浓度为0.01～0.5mol/l；所述第一混合盐溶液和所述水的体积比为2～5:1。

9、进一步地，所述滴加的速率为500～1000ul/min。

10、进一步地，所述陈化的时长为10～17h。

11、本发明还提供了一种钙铁阴离子黏土矿物材料，采用如上述任意所述的制备方法进行制备。

12、本发明还提供了一种如上述任意所述的钙铁阴离子黏土矿物材料在去除砷镉砷或稳定镉砷的应用。

13、本发明还提供了一种去除镉砷的方法，包括：将如上述任意所述的钙铁阴离子黏土矿物材料混入镉砷废水中，以去除所述镉砷废水中的镉和砷。

14、本发明还提供了一种稳定镉砷的方法，包括：将如上述任意所述的钙铁阴离子黏土矿物材料混入镉砷土壤中，以实现所述镉砷土壤中镉和砷的稳定化。

15、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

16、本发明能够实现高浓度镉砷共同高效处理和土壤中镉砷稳定化；即，本发明利用化学共沉淀法得到的弱晶质钙铁阴离子黏土矿物，不仅可以对更高浓度的镉砷进行去除，还可以实现对镉砷污染土壤的稳定修复。此外，本发明操作简单，成本低，处理效果好，不易引入二次污染。

17、本发明中，弱晶质钙铁阴离子黏土矿物材料能够高效协同修复镉砷复合污染土壤，土壤中的镉与弱晶质钙铁阴离子黏土矿物材料中(110)晶面的钙发生同晶替代作用，砷被弱晶质钙铁阴离子黏土矿物中的铁氧化吸附并进一步与材料层间阴离子进行交换。

18、根据本发明实施例4中弱晶型材料和对比例1中无定形物质的比较，以及实施例4中弱晶型材料和对比例2中晶型较好材料的比较，本发明的镉砷处理效率还受钙铁阴离子黏土矿物材料晶型和晶面的影响。而本发明提供的制备方法能够获得特定的弱晶质钙铁阴离子黏土矿物，其与镉砷相互作用后，形成含镉砷的矿物材料；因此，本发明可以高效去除水体中的镉砷或长期稳定土壤中的镉砷，一定程度上解决镉砷复合污染面临的难以协同治理的难题。

技术特征：

1.一种钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法，其特征在于，所述钙离子的来源包括氯化钙，所述铁离子的来源包括氯化铁。

3.根据权利要求1所述的钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法，其特征在于，所述钙离子和所述铁离子的摩尔比为1.5～4.5:1。

4.根据权利要求1所述的钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法，其特征在于，所述钙离子在所述第一混合盐溶液中的浓度为0.04～0.5mol/l，所述铁离子在所述第一混合盐溶液中的浓度为0.01～0.5mol/l；所述第一混合盐溶液和所述水的体积比为2～5:1。

5.根据权利要求1所述的钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法，其特征在于，所述滴加的速率为500～1000ul/min。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法，其特征在于，所述陈化的时长为10～17h。

7.一种钙铁阴离子黏土矿物材料，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的制备方法进行制备。

8.一种如权利要求7所述的钙铁阴离子黏土矿物材料在去除砷镉砷或稳定镉砷的应用。

9.一种去除镉砷的方法，其特征在于，包括：将如权利要求7所述的钙铁阴离子黏土矿物材料混入镉砷废水中，以去除所述镉砷废水中的镉和砷。

10.一种稳定镉砷的方法，其特征在于，包括：将如权利要求7所述的钙铁阴离子黏土矿物材料混入镉砷土壤中，以实现所述镉砷土壤中镉和砷的稳定化。

技术总结本发明提供了一种钙铁阴离子黏土矿物材料、制备方法及应用；所述钙铁阴离子黏土矿物材料的制备方法包括步骤：S1，提供含有钙离子和铁离子的第一混合盐溶液；S2，将所述第一混合盐溶液滴加至水中，得第二混合盐溶液；并在所述滴加的过程中，保持所述第二混合盐溶液的pH为10～13；S3，对所述第二混合盐溶液进行陈化，得含钙铁阴离子黏土矿物材料的反应液；所述陈化的温度为10～40℃。本发明不仅可以对更高浓度(100mg/L)的镉砷进行去除，还可以实现镉砷污染土壤的高效稳定修复。技术研发人员：李青竹,黄晓凤,杨志辉,杨卫春,廖骐,司梦莹,唐崇俭受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18