Name: 红壤资源化循环利用合成Fe2O3/FAU型重金属去除用分子筛复合材料 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 52 s
Description: 了解利用红壤合成Fe₂O₃/FAU型分子筛复合材料的方法，用于去除水中重金属离子。该绿色化学策略为环境工程中的土壤资源化利用提供了可持续的水修复方案。

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本工作得到了中国广东省杰出青年科学基金（编号：2020B151502094）、国家自然科学基金（编号：21777045 和 22106064）、中国深圳市科技创新委员会基础研究项目（编号：JCYJ20200109141625078）、2019 年广东省高校青年创新人才项目（编号：2019KQNCX133）以及广东省科技创新战略专项资金项目（编号：PDJH2021C0033）的资助。本研究还受到深圳市材料界面科学与工程重点实验室（编号：ZDSYS20200421111401738）、广东省土壤与地下水污染防控重点实验室（编号：2017B030301012）以及国家环境保护地表水-地下水污染综合防控重点实验室的支持。特别感谢南方科技大学核心研究设施提供的技术支持。

1. 原材料的采集与处理
<ol>
	<li>红壤采集
	<ol>
		<li>采集红壤样品，去除含有植物和残留有机质的表层30 cm土壤。 
		注：本实验所用红壤采自中国广东省深圳市南方科技大学（SUSTech）校园内（113°59' E，22°36' N）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>红壤处理
	<ol>
		<li>将采集的红壤在室温下风干，并通过30目筛进行过滤，去除大部分较大的石块和叶片。使用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）16测定红壤中重金属（类）浓度（表1），以确保未引入意外污染。 
		注：建议使用孔径较小的筛网，因为原料中含有的大颗粒非硅或非铝物质较少。本实验中，30目筛网已足以处理原料。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Fe2O3/FAU型沸石的合成
<ol>
	<li>碱混合物粉末的制备
	<ol>
		<li>称取5 g预处理的红土、1 g SiO2 和7.63 g NaOH，加入天然玛瑙研钵中，研磨2–3分钟至细粉。确保实验室相对湿度为65%–72%。 
		注意：需注意研磨时间，因为NaOH具有强吸湿性，易从空气中吸收水分。中等湿度的碱性粉末对实验的下一步至关重要，研磨时间与实验室湿度相关。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>碱熔融/活化
	<ol>
		<li>将碱混合物转移至100 mL聚四氟乙烯（PTFE）反应釜内衬中（不带不锈钢外壳），在200 °C烘箱中加热1小时。 
		注意：此步骤的目的是利用强碱NaOH活化Si-O键和Al-O键17，使Al、Si和O原子重新组装，形成目标铝硅酸盐沸石。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>沸石前驱体的制备
	<ol>
		<li>向含有活化碱混合物的聚四氟乙烯反应釜内衬中加入60 mL去离子水，放入适当大小的搅拌子，在磁力搅拌器上以600 rpm转速于25 °C搅拌3小时，直至形成均匀凝胶，作为沸石前驱体18。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>结晶
	<ol>
		<li>将均匀凝胶转移至100 mL不锈钢高压反应釜中，在100 °C烘箱中加热12小时。待烘箱按照默认冷却程序降至室温后，再打开烘箱门取出反应釜。 
		注意：高压反应釜在高温下产生高压，以促进结晶过程。务必等待其冷却至室温，以防因高压引发爆炸。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>用去离子水多次洗涤所得沸石，直至溶液pH接近7。使用离心机分离固液相，并收集50 mL离心管底部的固体。最后将所得产物在80 °C烘箱中干燥8小时，并研磨成&#160;细粉，用于后续表征。</li>
	<li>表征
	<ol>
		<li>获取红土的X射线荧光光谱（XRF）分析结果（图2），用于准确测定土壤中无机元素的浓度19。</li>
		<li>从无机晶体结构数据库（ICSD）获取Fe2O3的晶体信息文件（CIF），从沸石结构数据库获取FAU型沸石的CIF文件。 
		注意：Mercury和Materials Studio（MS）均可作为晶体结构可视化工具。本研究中，使用Mercury可视化Fe2O3结构，使用MS可视化FAU型沸石（图3）。</li>
		<li>获取粉末X射线衍射（PXRD）图谱，以确认所合成的Fe2O3/FAU型沸石复合材料的物相（图4）20。使用JADE 6.5软件将其与Fe2O3和FAU型沸石的模拟PXRD图谱进行比对。 
		注意：由剑桥晶体学数据中心（CCDC）开发的Mercury软件可根据从ICSD（全球最大的完全确定无机晶体结构数据库）获取的标准物质CIF文件计算PXRD图谱。</li>
		<li>获取扫描电子显微镜（SEM）图像（图5），以确认其形貌20。</li>
		<li>获取透射电子显微镜（TEM）能谱（EDS）元素分布图（图6），以确定其化学组成6。 
		&#8203;注意：与SEM-EDS元素分布相比，TEM-EDS可检测更低含量的元素组成。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 批量吸附实验
<ol>
	<li>配制 50 mL 浓度为 1,000 ppm 的 Cu(II)、Cr(III)、Cr(VI)、As(III)、Cd(II)、Pb(II)、Zn(II) 和 Ni(II) 水溶液。记录每种溶液的 pH 值。</li>
	<li>向每种重金属（类）溶液中加入50 mg沸石。使用0.1 M HCl或0.1 M NaOH将混合溶液的pH值精细调节至目标值。在25 °C条件下，以600 rpm转速搅拌混合物48小时。 
	注意：每种重金属（类）离子均有其不产生金属氢氧化物沉淀的稳定 pH 范围。调节最终混合溶液的 pH 至该范围内，以确保重金属（类）浓度的降低归因于沸石的性能。</li>
	<li>将 Cu (II)、Cr (III)、Cr (VI)、As (III)、Cd (II)、Pb (II)、Zn (II) 和 Ni (II) 混合溶液的 pH 值分别调节至 4.2、3.9、6.4、7.8、5.8、5.2、5.7 和 6.4。</li>
	<li>通过0.22 µm滤膜过滤混合溶液。通过加入2% HNO₃将溶液稀释1,000倍。3 溶液。测定残留的重金属（类）浓度（图6) 采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）16，检测范围为 0.001 ppm 至 1 ppm。参见 表 2 ICP-MS 工作参数。</li>
</ol>

<ol><li>Qin, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+heavy+metal+pollution+and+food+safety+in+China%3A+Effects%2C+sources+and+removing+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Soil heavy metal pollution and food safety in China: Effects, sources and removing technology.</a> Chemosphere. 267, 129205(2021).</li>
<li>Xu, D. M., Fu, R. B., Liu, H. Q., Guo, X. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+knowledge+from+heavy+metal+pollution+in+Chinese+smelter+contaminated+soils%2C+health+risk+implications+and+associated+remediation+progress+in+recent+decades%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cleaner+Production%22%5BJournal%5D)">Current knowledge from heavy metal pollution in Chinese smelter contaminated soils, health risk implications and associated remediation progress in recent decades: A critical review.</a> Journal of Cleaner Production. 286, 124989(2021).</li>
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<li>El-Mekkawi, D. M., Selim, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removal+of+Pb2%2B+from+water+by+using+Na-Y+zeolites+prepared+from+Egyptian+kaolins+collected+from+different+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Chemical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Removal of Pb2+ from water by using Na-Y zeolites prepared from Egyptian kaolins collected from different sources.</a> Journal of Environmental Chemical Engineering. 2 (1), 723-730 (2014).</li>
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<li>Zheng, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Converting+loess+into+zeolite+for+heavy+metal+polluted+soil+remediation+based+on+%26%2334%3Bsoil+for+soil-remediation%26%2334%3B+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Converting loess into zeolite for heavy metal polluted soil remediation based on &#34;soil for soil-remediation&#34; strategy.</a> Journal of Hazardous Materials. 412, 125199(2021).</li>
<li>Cheng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasible+low-cost+conversion+of+red+mud+into+magnetically+separated+and+recycled+hybrid+SrFe12O19%40NaP1+zeolite+as+a+novel+wastewater+adsorbent%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Feasible low-cost conversion of red mud into magnetically separated and recycled hybrid SrFe12O19@NaP1 zeolite as a novel wastewater adsorbent.</a> Chemical Engineering Journal. 417, 128090(2021).</li>
<li>Yang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remediation+of+Cu-polluted+soil+with+analcime+synthesized+from+engineering+abandoned+soils+through+green+chemistry+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Remediation of Cu-polluted soil with analcime synthesized from engineering abandoned soils through green chemistry approaches.</a> Journal of Hazardous Materials. 406, 124673(2021).</li>
<li>Song, W., Li, G., Grassian, V. H., Larsen, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+improved+materials+for+environmental+applications%3A+Nanocrystalline+NaY+zeolites%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Development of improved materials for environmental applications: Nanocrystalline NaY zeolites.</a> Environmental Science & Technology. 39 (5), 1214-1220 (2005).</li>
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<li>Jin, Y., Li, L., Liu, Z., Zhu, S., Wang, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterization+of+low-cost+zeolite+NaA+from+coal+gangue+by+hydrothermal+method%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Powder+Technology%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterization of low-cost zeolite NaA from coal gangue by hydrothermal method.</a> Advanced Powder Technology. 32 (3), 791-801 (2021).</li>
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<li>Azizi, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microporous+and+macroporous+materials+state-of-the-art+of+the+technologies+in+zeolitization+of+aluminosilicate+bearing+residues+from+mining+and+metallurgical+industries%3A+A+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Microporous and macroporous materials state-of-the-art of the technologies in zeolitization of aluminosilicate bearing residues from mining and metallurgical industries: A comprehensive review.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 318, 111029(2021).</li>
<li>Yang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transferring+waste+red+mud+into+ferric+oxide+decorated+ANA-type+zeolite+for+multiple+heavy+metals+polluted+soil+remediation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Transferring waste red mud into ferric oxide decorated ANA-type zeolite for multiple heavy metals polluted soil remediation.</a> Journal of Hazardous Materials. 424, Pt A 127244(2022).</li>
<li>Kirdeciler, S. K., Akata, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One+pot+fusion+route+for+the+synthesis+of+zeolite+4A+using+kaolin%29%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Powder+Technology%22%5BJournal%5D)">One pot fusion route for the synthesis of zeolite 4A using kaolin).</a> Advanced Powder Technology. 31 (10), 4336-4343 (2020).</li>
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<li>Setthaya, N., Chindaprasirt, P., Pimraksa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+zeolite+nanocrystals+via+hydrothermal+and+solvothermal+synthesis+using+of+rice+husk+ash+and+metakaolin%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+Forum%22%5BJournal%5D)">Preparation of zeolite nanocrystals via hydrothermal and solvothermal synthesis using of rice husk ash and metakaolin.</a> Materials Science Forum. 872, 242-247 (2016).</li>
<li>Belviso, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Red+mud+as+aluminium+source+for+the+synthesis+of+magnetic+zeolite%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Red mud as aluminium source for the synthesis of magnetic zeolite.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 270, 24-29 (2018).</li>
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<li>Meng, Q., Chen, H., Lin, J., Lin, Z., Sun, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zeolite+A+synthesized+from+alkaline+assisted+pre-activated+halloysite+for+efficient+heavy+metal+removal+in+polluted+river+water+and+industrial+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Sciences+%28China%29%22%5BJournal%5D)">Zeolite A synthesized from alkaline assisted pre-activated halloysite for efficient heavy metal removal in polluted river water and industrial wastewater.</a> Journal of Environmental Sciences (China). 56, 254-262 (2017).</li>
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<li>Asundi, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+structure-property+relationships+of+MoO3-promoted+Rh+catalysts+for+syngas+conversion+to+alcohols%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Understanding structure-property relationships of MoO3-promoted Rh catalysts for syngas conversion to alcohols.</a> Journal of the American Chemical Society. 141 (50), 19655-19668 (2019).</li>
<li>Zhu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent-free+crystallization+of+ZSM-5+zeolite+on+SiC+foam+as+a+monolith+catalyst+for+biofuel+upgrading%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Catalysis%22%5BJournal%5D)">Solvent-free crystallization of ZSM-5 zeolite on SiC foam as a monolith catalyst for biofuel upgrading.</a> Chinese Journal of Catalysis. 41 (7), 1118-1124 (2020).</li>
<li>Ghrear, T. M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((low-pressure%2C+low-temperature+microwave+synthesis+of+ABW+cesium+aluminosilicate+zeolite+nanocatalyst+in+organotemplate-free+hydrogel+system%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Research+Bulletin%22%5BJournal%5D)">low-pressure, low-temperature microwave synthesis of ABW cesium aluminosilicate zeolite nanocatalyst in organotemplate-free hydrogel system.</a> Materials Research Bulletin. 122, 110691(2020).</li>
</ol>

作者声明无利益冲突。

沸石通常是一种铝硅酸盐材料。理论上，可选择富含硅酸盐和铝酸盐的材料作为沸石合成的原料。原料的 Si/Al 比例应与所选沸石类型的 Si/Al 比例相近，以尽量减少额外硅源或铝源的使用6,8,16。FAU型沸石的 Si/Al 比例为 1.2，而红壤的 Si/Al 比例为 1.3。因此，红壤是合成 FAU 型沸石的理想硅源和铝源。然而，在本方法中，并非红壤中所有的 SiO2 都能成功转化为沸石。在我们的实验方案中，沸石合成仍需额外&#160;SiO2&#160;。此外，由于红壤中含有 7.65 wt% 的 Fe2O3，在复合材料制备过程中无需额外添加铁源。
在碱激发步骤之前，必须将 NaOH、SiO2 和红壤充分混合。混合物中若存在较大颗粒，可能会对激发效率产生不利影响。搅拌时间在合成过程中是...

来自人为活动和自然过程的重金属（类）在空气、水和土壤环境中普遍存在1。这些重金属（类）具有高迁移性和毒性，可通过直接接触或通过食物链传递，对人类健康构成潜在威胁2。水是人类生命赖以生存的基础资源，是每个家庭的基本生活必需品。恢复水体健康至关重要。因此，降低有毒重金属（类）在水中的迁移性和生物可利用性具有重要意义。为了维持良好的水质，水修复材料（如生物炭、铁基材料和沸石）在固定或去除水环境中重金属（类）方面发挥着关键作用3,4,5。
沸石是一类高度结晶的材料，其晶体结构中具有独特的孔道和通道。它们由TO4四面体（T为中心原子，通常为Si、Al或P）通过共享氧原子连接而成。由于其孔道中存在负表面电荷和可交换离子，沸石成为一种广泛用于离子捕获的吸附剂，在重金属污染的水体和土壤修复中得到了广泛应用。得益于其结构特性，沸石去除污染物的主要修复机制包括化学键合6、表面静电相互作用7以及离子交换8。
FAU型沸石具有相对较大的孔径，最大孔径可达11.24 Å，在污染物去除方面表现出高效率和广泛的应用前景。9,10近年来，大量研究致力于开发合成沸石的绿色且低成本方法，例如利用工业固体废弃物11 作为提供硅和铝源的原材料，或采用无模板剂的配方12. 据报道&#160;可作为硅和铝来源的其他工业固体废弃物包括煤矸石13，粉煤灰11，废弃分子筛14，采矿与冶金废弃物15工程废弃土壤8以及农业土壤6等。
本研究采用红壤作为原料，红壤是一种富含硅和铝且来源丰富、易于获取的材料，通过一种简便的绿色化学方法合成了Fe2O3/FAU型沸石复合材料（图1）。详细的合成参数已得到精确优化。所制备的材料在修复重金属污染水体方面表现出高效的固定能力。本研究可为相关领域研究人员利用土壤作为原料合成生态材料提供参考和指导。

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;化学品&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>四水合硝酸镉</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>C102676</td><td>分析纯，99%。用于制备1,000 ppm&amp;nbsp;储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>九水合硝酸铬(III)</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>C116446</td><td>分析纯，99%。用于制备1,000 ppm&amp;nbsp;储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>五水合硫酸铜</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>C112396</td><td>分析纯，99%。用于制备1,000 ppm&amp;nbsp;储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>硝酸铅</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>L112118</td><td>分析纯，99%。用于制备1,000 ppm储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>六水合硝酸镍</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>N108891</td><td>分析纯，98%。用于制备1,000 ppm&amp;nbsp;储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>硝酸</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>N116238</td><td>分析纯，69.2%。用作ICP-MS测试中的溶剂。</td></tr><tr><td>重铬酸钾</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>P112163</td><td>分析纯，99.8%。用于制备1,000 ppm&amp;nbsp;储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>二氧化硅</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>S116482</td><td>分析纯，99%。用于沸石的合成。</td></tr><tr><td>亚砷酸钠</td><td>Sigma-aldrich</td><td>S7400-100G</td><td>分析纯，90%。用于制备1,000 ppm储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>氢氧化钠</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>S111502</td><td>颗粒状。用于沸石的合成。</td></tr><tr><td>六水合硝酸锌</td><td>上海阿拉丁生化科技股份有限公司</td><td>Z111703</td><td>分析纯，99%。用于制备1,000 ppm&amp;nbsp;储备液，以测试沸石的吸附性能。</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;仪器设备&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>鼓风干燥箱</td><td>上海一恒科技仪器有限公司</td><td>DHG-9075A</td><td>用于样品的水热晶化及干燥</td></tr><tr><td>分析天平</td><td>赛多利斯科学仪器有限公司</td><td>BSA224S-CW</td><td>用于样品称量</td></tr><tr><td>离心管</td><td>南通苏品实验设备有限公司</td><td></td><td></td></tr><tr><td>高速离心机</td><td>湖南湘仪实验室仪器开发有限公司</td><td>H1850</td><td>用于固液样品的分离</td></tr><tr><td>多点磁力搅拌器</td><td>IKA Equipment Co.,LTD.</td><td>RT15</td><td>用于样品搅拌</td></tr><tr><td>振荡器</td><td>常州国华电器有限公司</td><td>SHA-B</td><td>用于样品的均匀混合</td></tr><tr><td>注射器式滤器</td><td>天津津腾实验设备有限公司</td><td></td><td>0.22 &amp;mu;m。用于过滤。</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;软件&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>JADE 6.5</td><td>Materials Data&amp;amp; (MDI)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mercury</td><td>剑桥晶体学数据中心（CCDC）</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Materials Studio</td><td>Accelrys Software Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;网站&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>沸石结构数据库：http://www.iza-structure.org/databases/</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ICSD：https://icsd.products.fiz-karlsruhe.de/en</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

红壤资源回收合成用于重金属去除的 fe2o3/fau型沸石复合材料

Resource Recycling of Red Soil to Synthesize Fe2O3/FAU-type Zeolite Composite Material for Heavy Metal Removal

重金属污染的水体对人类健康和生态环境构成严重威胁。In situ 水修复技术依赖于高效吸附材料，在此类情况下具有重要意义。在所有用于水体修复的材料中，铁基纳米材料和多孔材料因其丰富的氧化还原反应性和吸附功能而备受关注。本文中，我们开发了一种简便的方法，可直接将中国南方广泛分布的红壤转化为 Fe2O3/沸石型方钠石（FAU 型）沸石复合材料。
已对详细的合成步骤和合成参数（如反应温度、反应时间以及原料中的硅铝比）进行了精细调控。所制备的复合材料对典型重金属（类）离子表现出良好的吸附能力。当向不同重金属（类）污染的水溶液中加入0.001 g/mL的Fe2O3/FAU型沸石复合材料（单一重金属（类）离子初始浓度：1,000 mg/L [ppm]）时，其对Cu (II)、Cr (III)、Cr (VI)、As (III)、Cd (II)、Pb (II)、Zn (II)和Ni (II)的去除吸附容量分别为172、45、170、40、429、693、94和133 mg/g，该材料可进一步拓展应用于重金属污染的水体与土壤修复。

图1展示了基于“以土治土”策略合成沸石的整体路线6。通过一种简单的无有机物方法，无需额外添加任何铁或铝源，即可将红壤转化为Fe2O3/FAU型沸石复合材料。所合成的沸石复合材料对重金属污染水体具有优异的去除能力，可用于土壤修复。
图2展示了红壤的XRF分析结果。红壤的主要成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3。
图3展示了FAU型沸石骨架和Fe2O3的晶体结构。FAU型沸石属于立方晶系，空间群为Fd-3m，晶胞参数a = 24.3450 Å。FAU型沸石的骨架由三维的十二元...

本文介绍了一种利用红壤合成Fe2O3/沸石-型（FAU型）沸石复合材料的新型且便捷的方法。详细的合成参数已经过精确优化。所获得的复合材料可用于高效修复重金属污染的水体，表明其在环境工程领域具有潜在应用价值。

红壤资源回收合成用于重金属去除的 Fe2O3/FAU型沸石复合材料

重金属污染的水体对人类健康和生态环境构成严重威胁。基于高效材料的原位水体修复技术使得……

已开发出一种绿色化学方法，可将广泛分布的红土转化为氧化铁FAU型沸石复合材料。该材料能够去除水中的重金属离子，恢复水质健康。本方案展示了直接利用土壤作为生态材料传感器原料的策略，并基于元素循环理念，为四种典型土壤的资源化利用提供了思路。本研究可为关注土壤资源利用的相关研究人员提供参考。目前可进行材料合成与水分调控。首先，在采样点去除含有植物和残余有机质的30厘米表层土壤，采集红壤并在室温下风干。经过适当干燥后，将土壤通过30目筛进行过滤。称取5克预处理后的红壤、1克二氧化硅和7.63克氢氧化钠，加入天然玛瑙研钵中。然后研磨两到三分钟，直至形成细粉。进行碱活化时，将该碱性混合物转移至一个100毫升的聚四氟乙烯（PTFE）反应釜内衬中（不带不锈钢外罩），在200摄氏度的烘箱中加热1小时。然后，向含有活化后碱性混合物的聚四氟乙烯反应釜内衬中加入60毫升去离子水。加入适当大小的搅拌子，在磁力搅拌器上以600转/分钟的速度于25摄氏度下搅拌3小时。对于结晶过程，将均匀的凝胶转移至一个100毫升的不锈钢反应釜中，并在100摄氏度的烘箱中加热12小时。随后，用去离子水多次洗涤所得的沸石，直至溶液pH接近7。使用离心机分离固液两相，并收集50毫升离心管底部的固体。最后，将获得的产物在80摄氏度的烘箱中干燥八小时，随后研磨成细粉以进行后续表征。配制50毫升浓度为1000 ppm的二价铜离子、三价铬离子、六价铬离子、三价砷离子、二价镉离子、二价铅离子、二价锌离子和二价镍离子的水溶液，并记录每种溶液的pH值。接下来，向每种重金属类溶液中加入50毫克沸石。最后，用0.1摩尔盐酸或0.1摩尔氢氧化钠调节溶液pH值，并在25摄氏度下以每分钟600转的速度搅拌混合物48小时。然后，将混合溶液通过0.22微米滤膜过滤。用2%硝酸溶液将其稀释至1000倍，然后采用电感耦合等离子体质谱法测定残留的重金属类元素浓度，检测范围为0.001 ppm至1 ppm。FAU型沸石骨架与三氧化二铁的晶体结构显示，FAU型沸石由三维的十二元环构成，属于立方晶系。空间群为FD 3M，晶胞参数为24.3450埃。氧化铁FAU型沸石复合材料的粉末X射线衍射图谱显示，该样品与模拟标准物质谱图高度匹配，表明合成成功。扫描电子显微镜图像表明，氧化铁FAU型沸石复合材料呈现针状形貌，且纯度较高。能量色散X射线光谱映射显示，沸石典型组成元素如硅、铝、钠和氧在材料中均匀分布，而铁在复合材料中呈离散分布。该氧化铁FAU型沸石复合材料对八种典型重金属溶液的吸附能力表现出对二价铅离子和二价镉离子极高的吸附容量。有效计数材料合成中最关键的步骤包括碱活化、前驱体制备和结晶过程。这项工作为直接利用土壤作为前驱体材料合成的原材料铺平了道路，该方法可进一步拓展至其他类型的土壤，用于广泛的环境工程应用。

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Research

科研

JoVE Journal

Environment

环境

红壤资源化循环利用合成Fe2O3/FAU型重金属去除用分子筛复合材料

由于钯、金和钴的重要性及其广泛使用...

利用具有纳米级车轮状孔结构的新型传感器/吸附剂从城市矿山中检测和回收钯、金及钴金属

本文介绍了一种合成与表征铁掺杂铝硅酸盐纳米管的实验方案。该材料可通过以下两种方法获得：一是在含有硅和铝前驱体的混合物中加入FeCl3•6H2O后进行溶胶-凝胶法合成；二是对预先形成的铝硅酸盐纳米管进行合成后离子交换。...

铁掺杂铝硅酸盐纳米管的合成与表征及其增强的电子导电性能

本文介绍了一种利用高炉矿渣通过矿物碳化法并行生产沉淀碳酸钙以及通过碱性水热转化法生产沸石材料的方案。同时测试了该沸石材料对镍的吸附性能。...

高炉渣的双向资源化：沉淀碳酸钙与沸石型重金属吸附剂的合成

本文介绍了一种通过化学活化并在不同热解模式下进行后续改性，从生物质合成氮/氧双掺杂介孔碳的实验方案。我们证明，微波热解有利于后续的改性过程，可在碳材料上同时引入更多的氮和氧官能团。...

通过微波预热解法制备对Cu(II)具有更高氮/氧螯合吸附能力的生物质基介孔碳

联合粒径与密度分馏（CSDF）是一种通过物理方法将土壤按质地（颗粒大小）和矿物学（密度）差异分离成不同组分的方法。其目的是分离出对土壤有机质（SOM）具有不同反应活性的组分，以更深入地理解有机质-矿物相互作用及土壤有机质的动态变化过程。...

结合土壤粒径与密度分级法研究有机质-矿物相互作用

在本研究中，我们制备了一种吸附剂，该吸附剂由阳离子型N,N-二甲基氨基丙基丙烯酰胺甲基氯化铵聚合物凝胶（DMAPAAQ）和氢氧化铁组成，用于从地下水中吸附砷。该凝胶通过一种新型方法制备，旨在确保其结构中铁颗粒含量达到最大。...

使用负载氢氧化铁的阳离子聚合物凝胶去除砷

本文报道了一种由碳纳米管和钛酸盐纳米线组成的双功能电活性滤膜的理性设计方法，并展示了其在Sb(III)氧化与固定方面的环境应用。...

一种兼具双重功能的电活性滤膜用于同时氧化并固定三价锑

本文介绍了一种用于筛选土壤生物多样性中参与难降解材料降解的真菌菌株的实验方案。首先，分离能够在腐殖酸或木质纤维素上生长的真菌菌株，随后通过酶学实验以及对烃类和塑料等污染物的降解能力测试其活性。...

从土壤生物多样性中分离与筛选降解难降解材料的真菌

原位外磁性测量可直接提供磁性电极的整体和局部信息，从而逐步揭示其电荷存储机制。本文展示了电子顺磁共振（ESR）和磁化率测量用于监测氧化还原活性金属-有机框架（MOF）中顺磁性物种及其浓度的变化过程。...

氧化还原活性金属有机框架固态电化学反应中间体的磁性表征

本方案介绍了一种用于研究微生物介导的锰氧化物矿物沉淀的微流控系统。生物矿化过程的形成通过测量 原位 通过光学显微镜和图像分析.

一种用于研究多孔介质中微生物介导金属氧化物沉淀的微流控平台

了解利用红壤合成Fe₂O₃/FAU型分子筛复合材料的方法，用于去除水中重金属离子。该绿色化学策略为环境工程中的土壤资源化利用提供了可持续的水修复方案。

红壤资源回收合成用于重金属去除的 Fe₂O₃/FAU型沸石复合材料

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