[发明专利]纳米材料提升低分子有机酸去除土壤铅、锌和镉的方法

说明书

本发明涉及环境中重金属污染土壤的修复技术领域，具体为利用纳米材料提升低分子有机酸去除土壤中铅、锌和镉的方法。该方法是将纳米氧化硅、碳纳米管分别加入到苹果酸和柠檬酸溶液中，制得四种纳米材料和有机酸复合淋洗剂，然后将此淋洗液分别加入到铅、锌和镉复合污染的土壤中，于室温下振荡淋洗后，过滤并收集滤液，测定其重金属淋洗去除率。本发明淋洗过程简易便捷，纳米氧化硅和碳纳米管显著提高有机酸对土壤铅、锌和镉淋洗去除效率，去除率最高分别可达79.14%、76.69%和58.74%。淋洗液残留的铅、锌和镉通过生物吸附、化学沉淀等方式回收后，可达国家环境排放标准，不会对环境造成二次污染，具有良好的推广效益。

技术领域

本发明涉及环境中重金属污染土壤的修复技术领域，特别涉及利用纳米材料提升低分子有机酸去除土壤中铅、锌和镉的方法。

背景技术

近几十年来矿产资源的不合理开发利用导致矿区和冶炼企业周围土壤重金属污染，引起一系列生态环境问题。铅和镉是重金属中毒性较强的两个元素，而过量的锌也会影响植物的生长。它们均在土壤中迁移性差、滞留时间长且无法降解，从而可通过食物链影响人体健康。因此，铅、锌和镉复合污染的土壤亟待修复。

目前，常见的土壤重金属污染修复技术主要有填埋客土、植物修复、电动力学修复和化学淋洗修复等。与其他的修复方法相比，化学淋洗法更适合修复重金属污染严重且集中的土壤，具有快速、高效和持久的特点。然而，该修复技术的关键是高效、绿色淋洗剂的筛选。目前，常用的淋洗剂包括无机淋洗剂、人工螯合剂、低分子量有机酸、生物表面活性剂等。其中，无机淋洗剂能够快速、有效地去除污染土壤中的重金属，但部分酸度较高的无机淋洗剂会破坏土壤的基质和理化性质，并导致土壤养分严重流失。人工螯合剂对复合污染土壤中的重金属具有较好的去除率，但有研究表明EDTA等人工螯合剂在环境中降解性差，易造成土壤二次污染以及地下水污染。生物表面活性剂和低分子量有机酸对环境友好且对重金属有一定的清除能力，但生物表面活性剂如鼠李糖脂成本偏高不适合大规模修复污染土壤，而单一低分子有机酸对多金属复合污染土壤的修复效果有限，那么是否可以通过其它辅助试剂提高其对多金属复合污染土壤的修复效率呢？

近年来，纳米材料因其巨大的比表面和微孔性可以强化多种界面反应，在环境污染修复领域受到研究者广泛关注。纳米碳材料作为吸附剂被广泛报道用于污水处理中有机物和重金属离子的吸附，却并没有关于其在土壤淋洗方面应用的报道；虽然已有研究表明纳米零价铁可以通过原位钝化修复将污染土壤中的Cr(VI)转化为Cr(III)，从而降低重金属离子的毒性，也能够通过淋洗提升柠檬酸对土壤Pb的去除率，然而其对多金属复合污染土壤的淋洗效果依然有限。此外，由于不同纳米材料性质不同，因此需要筛选对复合污染土壤中的多金属去除有效的纳米材料。

综上所述，现有技术存在二次污染、成本过高、对多金属复合污染土壤重金属去除效率偏低等问题，因此筛选一些新的纳米材料及其方法提高低分子量有机酸对复合污染土壤中铅、锌和镉去除率显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易便捷，对铅、锌和镉复合污染土壤的淋洗效果明显且对环境友好的利用纳米材料提升低分子有机酸去除土壤中铅、锌和镉的方法。

本发明的具体技术方案为：

纳米材料提升低分子有机酸去除土壤铅、锌和镉的方法，其包括以下几个步骤：

(1)复合淋洗液的制备：

将0.02-0.10mol/L的纳米氧化硅(SiO₂)和碳纳米管(C)分别加入到0.05—0.45mol/L苹果酸或柠檬酸溶液中，于室温下恒温振荡48h，振荡速率为150r/min，制得四种复合淋洗剂。

(2)铅、锌和镉复合污染土壤的淋洗