[发明专利]一种掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料及制备方法和在处理水体重金属离子污染物中的用途。

背景技术

我国是一个干旱缺水严重的国家。-淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2300立方米，仅为世界平均水平的四分之一、美国的五分之一，在世界名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。我国人均占有的淡水资源不丰富，而且因时空分布不均衡，相当一部分地区的水资源十分缺乏。随着经济建设、城乡建设的发展和人口的增加，用水量持续增长，水的供需矛盾将日益突出。同时，由于大量的工业废水和生活污水排入水体，进一步加剧了水的供需矛盾。

目前全国70％以上的河流湖泊遭受不同程度污染，水污染不仅加剧水资源的短缺，水质的恶化严重威胁着人民群众的身心健康。目前，污染水体的重金属有汞、镉、铅、铬、钒、钴、钡等。其中汞的毒性最大，镉、铅、铬也有较大危害，砷由于毒性与重金属相似，经常与重金属列在一起。重金属在工厂、矿山生产过程中随废水排出，进入水体后不能被微生物降解，经食物链的富集作用，能逐级在较高级生物体内成百上千倍地增加含量，最终进入人体。

腐植酸一般是指自然界中存在的、由生物(主要是植物)的残骸经过微生物分解和一系列化学过程而形成的有机物质，其主要组成元素为碳、氧、氢、氮和硫，该大分子有机化合物是由多种亲水基团随机分布于一个疏水有机骨架上形成的，其基本分子结构是带侧链的芳环、稠环、脂肪环和杂环的缩合体系，在核和侧链上分布着活性甲酸基、甲氧基、羰基，环中还可能含有氧、氮等原子，因而对金属离子有较强的螯合作用。而腐植酸的衍生物——腐植酸钠具有较强的离子交换能力，在与污染物的接触中可以除去有害的重金属离子。此外，由于腐植酸及其衍生物均为无毒、无嗅的物质，因而被广泛用于水处理领域，利用腐植酸的螯合能力以及其海绵状疏松结构，来实现对重金属离子的吸附。天然水体中有机物的主要成分之一就是腐植酸类物质，占水中总有机物的50-90％。大多数淡水中的腐植酸的含量为1—12mg/L。此外，工业造纸废液、酒精废液中液含有一定量的腐植酸。

但是由于腐植酸的水溶性，其遇水会水化膨胀而产生水阻过大的现象，又因为腐植酸作为一种肥料，溶于水后显黑色，加入水体中腐植酸含量过大，会增加水体色度，同时会造成水体富营养化，因此腐植酸必须先经过固定才能使用。如在文献1：Journal of Fuel Chemistry and Technology 18，149-157(1990)中公开了一种以风化煤腐植酸为主要原料、用于吸附重金属离子的腐植酸树脂。在文献2：Materials Protection 35，54-56(2002)中公开了一种利用褐藻酸钙为稳定剂的、利用泥炭为原料制备出腐植酸树脂。但是这些腐植酸树脂的制备工艺均较复杂，且为了防止离子水化膨胀带来过大的水阻，吸附剂必须经过造粒成型，这都对工业化生产带来了一定困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料，可以方便、有效地处理水体重金属离子污染物。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单的制备掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料的方法。

本发明的再一目的在于上述掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料在处理水体重金属离子污染物中的用途。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

2、本发明提供的掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料，其特征在于，该复合材料为在腐植酸钙中均匀掺杂有二氧化硅形成的掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料，其中腐植酸钙的重量占该掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料重量的20％～90％。

本发明提供的掺杂二氧化硅的腐植酸钙复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)提纯工业级腐植酸钠

将纯度为工业级的腐植酸钠和水按照重量份比范围为1：5至1：15混合，离心分离；分离出上层清液；丢弃下层黑色沉淀，向上层清液中加入浓盐酸，使该上层清液的pH值在1以下，形成黑色的腐植酸钠悬浊液；将此悬浊液再次离心分离，丢弃上层清液，向下层黑色沉淀中加入浓NaOH溶液，溶解该黑色沉淀，形成黑色溶液，调节此黑色溶液的pH值范围5～8；加热并烘干得到经提纯的粉末状或块状工业级腐植酸钠；

2)制备复合材料的前驱体