EDTA功能化磁性介孔纳米材料净化土壤重金属污染研究

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低渗透粘性土壤中重金属污染修复是土壤污染修复的重点和难点问题。目前土壤重金属污染修复的主要办法是固化稳定化,但重金属仍然遗留在土壤中,污染风险并未去除。有别于此,本文志在探索一种绿色、高效、彻底净化土壤重金属污染的方法。本文设计制备一种功能化磁性介孔纳米材料,具有亲重金属、疏黏土颗粒的优点,且易于磁动力分离提取。本实验在饱和的镉污染土壤中加入磁性纳米材料吸附剂,吸附平衡后用磁铁搅拌实现磁性纳米材料及重金属的分离提取,土壤得到净化实验,取得如下成果:(1)采用共沉淀法制备获得磁核Fe3O4,平均粒径为10-15nm。采用St?ber法制备了粒径均一且分散性好的磁性介孔纳米粒子Fe3O4@Si O2,煅烧前比表面积为305.8m2/g,孔径2.5 nm,煅烧后平均粒径在200nm左右。再通过N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐的修饰获得EDTA-Fe3O4@Si O2,傅立叶红外光谱表明EDTA修饰成功,比表面积为803.5m2/g,孔径2.5 nm。三种磁性纳米粒子颗粒吸附材料均具有顺磁性。(2)通过室内模拟实验探索Fe3O4、Fe3O4@Si O2和EDTA-Fe3O4@Si O2对土壤中镉的最佳吸附条件。修饰了EDTA的磁性纳米材料吸附剂吸附效果显著提高。确定最佳实验条件为:温度为25℃、初始p H值为7、吸附时间选取48h。结合热力学、吸附等温线、吸附动力学分析,可以推测该反应为动态过程,吸附机制包含物理吸附和离子交换吸附等化学吸附为主的自发放热吸附过程。EDTA-Fe3O4@Si O2吸附剂可循环利用。(3)最佳吸附条件下修复土壤Cd(Ⅱ)污染的实验研究结果表明,反应至48h时,吸附剂EDTA-Fe3O4@Si O2对Cd(Ⅱ)去除率达到68.12%。对净化前后的土壤形态进行分析,各种形态所占比例,铁锰氧化态镉和残渣态镉逐渐下降,碳酸盐结合态镉、有机态镉和可交换态所占比例确有所增加,去除率依次为碳酸盐结合态镉>残渣态镉>铁锰氧化物结合态镉>可交换态镉>有机结合态镉。磁性EDTA-Fe3O4@Si O2纳米材料回收量为71.23%,土壤被带出量为5.613g,占修复土壤总量2.8%。吸附剂对土壤中重金属Cd(Ⅱ)的吸附机理较为复杂繁多,比对分析该实验机理为离子交换、络合作用、颗粒表面的静电吸附。
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