CN102327893A

CN102327893A - 去除重金属土壤淋洗液中铅的材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN102327893A
Application number: CN2010102299927A
Authority: CN
Inventors: 崔岩山; 付彧
Original assignee: University of Chinese Academy of Sciences
Current assignee: Graduate School of CAS; University of Chinese Academy of Sciences
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: CN102327893B

Abstract

本发明提供一种用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料，该材料为铁基膨润土材料，本发明同时提供了该材料的制备方法与应用该材料去除重金属土壤淋洗液中铅的方法。应用本发明的技术，可有效去除典型螯合淋洗剂(EDTA)淋洗液中的重金属铅，且保证该材料对环境友好，不会造成二次污染，生产简易并且可回收利用。

Description

去除重金属土壤淋洗液中铅的材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种可以用来处理化学淋洗法修复污染土壤的淋洗液的材料，以及该材料的制备方法与应用该材料去除重金属土壤淋洗液中铅的方法。

背景技术

重金属污染土壤修复技术根据修复原理的不同，可以分为物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术以及微生物修复技术。

物理修复技术包括改土法、电动修复、热处理法以及清洗法，这些方法适用于治理面积小、污染较轻的土壤，而对于污染面积较大污染较重的土壤需要消耗大量的人力和财力，并且容易导致土壤结构破坏、土壤肥力下降和二次污染。化学修复技术主要有氧化还原电位法、化学试剂法、固化、稳定化法等，这些方法费用适中，适用于中度污染区的改良，但如若处理不当，会造成二次污染。植物修复技术是近年来快速发展的一种新的治理技术，具有经济、绿色、环保等优势，常常被称为绿色修复，是一种通常用重金属超积累植物吸收土壤中的重金属的技术。关于微生物修复技术的研究和应用报道较少，仅在近几年才引起人们的广泛重视。微生物修复主要有生物吸附和生物氧化还原法，前者是重金属被生物体吸附的处置方法，后者则是利用微生物改变重金属离子的氧化还原状态以降低环境中的重金属水平的方法。

化学淋洗修复技术是化学修复的一种，它使用淋洗剂来淋洗污染的土壤，使吸附于土壤颗粒上的重金属形成溶解性的金属离子或金属络合物，然后收集淋洗液回收重金属。典型的淋洗剂为螯合淋洗剂EDTA淋洗液，主要是吸附土壤中的重金属铅。化学淋洗修复技术是为数不多的有效修复重金属污染土壤的技术之一，它能够用于处理植物修复所不能达到的地下水位以下的重金属污染，且费用低，可以用于大规模推广。

化学淋洗修复重金属污染土壤的技术使用非常广泛，不论是单独使用还是结合其他修复技术都有较好的效果。目前国内外的相关研究主要集中在淋洗剂的使用条件以及新淋洗剂的开发上，对于土壤淋洗液的处理的方法研究相对较少。而无论原位还是异位修复最终都要对含大量重金属的土壤淋洗液进行处理。土壤淋洗液的成分十分复杂，目前的处理方法有电解法、光催化氧化法和化学法。但是电解法使用的条件苛刻并且操作成本高，光催化氧化法适用于处理重金属浓度低的小量淋洗液，化学法的投料和沉淀分离的操作过程十分复杂，而且这些方法都无法对原位修复的淋洗液进行处理。因此，开发新的处理方法是具有很重要的意义的。

发明内容

本发明目的在于开发一种环境矿物材料，以去除重金属污染土壤淋洗液例如典型螯合淋洗剂(EDTA)淋洗液中的重金属铅，且保证该材料对环境友好，不会造成二次污染。

本发明的另一目的在于提供一种制备所述用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料的方法。

本发明的另一目的在于提供所述用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料的应用，具体是应用该材料去除重金属污染土壤淋洗液中铅的方法。

一方面，本发明提供了一种用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料，该材料为铁基膨润土材料。其主要成分为铁基膨润土，是一种环境矿物材料，用环境矿物材料处理土壤淋洗液的方法目前国内外尚无相关研究，该材料不会造成环境污染、生产简易并且可回收利用。

根据本发明的具体实施方案，本发明的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料是按照以下方法制备得到的：

将钙基膨润土与三氯化铁水溶液混合，搅拌5～30分钟，使之呈泥浆状混合物，然后干燥使含水率在15％以下，优选在10％以下，即得到所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料。也就是说，本发明的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料是普通的钙基膨润土经与三氯化铁混合反应后而得到的铁基膨润土材料。

本发明中，除特别标明外，所述含量和比例均为重量含量和比例。

根据本发明的具体实施方案，上述钙基膨润土与三氯化铁水溶液的混合物中，钙基膨润土与三氯化铁的重量比为10～15∶0.8～1.2。

另一方面，本发明还提供了所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料的制备方法，该方法包括步骤：

将钙基膨润土与三氯化铁水溶液混合，搅拌5～30分钟，使之呈泥浆状混合物，然后干燥使含水率在15％以下，得到所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料。

根据本发明的具体实施方案，优选所述三氯化铁水溶液中三氯化铁浓度为3％～6％；钙基膨润土与三氯化铁水溶液的混合物中，钙基膨润土与三氯化铁的重量比优选为10～15∶0.8～1.2。

根据本发明的具体实施方案，所述干燥优选为30～45℃真空干燥2～4小时。

根据本发明的具体实施方案，上述钙基膨润土与三氯化铁水溶液的泥浆状混合物干燥后为块状，本发明中可将其进一步粉碎例如过60～120目筛，得到以粉状形式存在的所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料。

根据本发明的具体实施方案，本发明的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料的制备方法还包括：用清水洗涤钙基膨润土与三氯化铁水溶液的泥浆状混合物，直至往洗涤液中加入NaOH不产生红色沉淀，然后将经洗涤后的物料再干燥至含水率15％以下，得到所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料。该清洗操作的目的主要是为了去除材料中多余的铁离子。

另一方面，本发明还提供了所述用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料的应用，具体是应用该材料去除重金属污染土壤淋洗液中铅的方法。具体的，本发明提供了一种去除重金属污染土壤淋洗液中铅的方法，该方法包括向重金属污染土壤淋洗液中加入本发明所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料进行处理以去除重金属污染土壤淋洗液中铅的过程。

根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，所述重金属污染土壤淋洗液为淋洗重金属污染土壤的EDTA淋洗液，所述EDTA淋洗液的浓度为0.01～50mM。

根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，所述重金属污染土壤淋洗液中铅的浓度为5～50mg/L，淋洗液的pH≥6.0。

根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，向重金属污染土壤淋洗液中加入本发明所述的铁基膨润土材料的量为：按照每去除淋洗液中1mg的铅加入0.5g～3g所述的铁基膨润土材料计算。

根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，加入所述的铁基膨润土材料后处理3～20分钟，所述的处理可以是静止放置10～20分钟或是加以震荡3～10分钟(如震荡可加快铅的去除速度，本发明中对震荡频率无特殊要求，本领域的技术人员可以根据实际需要例如设备性能要求等而定)，以去除重金属污染土壤淋洗液中的铅。

根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中还包括步骤：在向重金属污染土壤淋洗液中加入所述的材料去除淋洗液中的铅后，将反应后失活的材料从淋洗液中分离出来，并用三氯化铁水溶液浸泡10～30分钟，使失活材料恢复活性。优选地，其中，所述三氯化铁水溶液中三氯化铁浓度为3％～6％，其与失活材料的浸泡比例为：每10～15g失活材料用20～30ml三氯化铁水溶液浸泡。浸泡复活后的铁基膨润土材料从三氯化铁水溶液中分离出来，适当干燥后即可重复使用。

应用本发明的技术，可有效去除重金属污染土壤淋洗液例如典型螯合淋洗剂(EDTA)淋洗液中的重金属铅，对原位以及异位修复的淋洗液均适用(处理原位修复淋洗液时，将本发明的膨润土材料做成不易松散的墙体，浸入到原位修复淋洗液(地下水层)中，待10～20分钟后取出墙体即可)；且保证该材料对环境友好，不会造成二次污染，生产简易并且可回收利用。

附图说明

图1为本发明实施例1中改性前普通膨润土的x衍射图；

图2为本发明实施例1中改性后铁基膨润土的x衍射图。

具体实施方式

以下结合具体实施例详细说明本发明的实施方案和有益效果，以帮助阅读者了解本发明的技术特征和所带来的预料不到的效果，但不能对本发明的实施范围构成任何限定。

实施例1

称取1.4g六水合三氯化铁加入到烧杯中，加入20ml水搅拌至完全溶解，得到三氯化铁水溶液，作为本实施例的膨润土的改性剂；

称取10g钙基膨润土(市售普通钙基膨润土即可)加入到烧杯中，将改性剂全部倒入烧杯，搅拌10分钟使之呈泥浆状；

用清水反复洗涤上述泥浆状的混合物，直至往洗涤液中加入NaOH不产生红色沉淀后，将烧杯放入真空干燥箱，抽真空后用40℃干燥2小时使烧杯中材料呈块状，含水率在10％以下；将所述块状材料磨碎过60目筛，得到本实施例的铁基膨润土材料。

使用x衍射对本实施例的材料改性前后进行分析，结果请参见图1、图2所示，改性前为普通膨润土，改性后为铁基膨润土。可以看出改性前后衍射图差别不大，7°左右的峰没有变化说明膨润土的晶格结构并没有因为改性发生变化，28°左右的峰出现分叉说明材料片层中加载的金属离子种类和数量发生变化。

实施例2

称取2.0g六水合三氯化铁加入到烧杯中，加入30ml水搅拌至完全溶解，得到改性剂；

称取15g钙基膨润土加入到烧杯中，将改性剂全部倒入烧杯，搅拌30分钟使之呈泥浆状；

用清水反复洗涤直至往洗涤液中加入NaOH不产生红色沉淀后，将烧杯放入真空干燥箱，抽真空后用40℃干燥约3小时使烧杯中材料呈块状，含水率在10％以下；将所述块状材料磨碎，过120目筛，得到本实施例的铁基膨润土材料。

实施例3

污染土壤为内蒙古某铅矿处采集的土壤。称取1.5g该土壤加入到离心管中，取0.1mM EDTA 25ml加入到管中，震荡4小时后离心取上清液。上清液中铅含量为19.82mg/L，加入实施例1的材料500mg震荡5分钟后，铅含量降低为2.13mg/L，去除率达到89.25％。

实施例4

污染土壤为河南某铅污染处采集的土壤。称取1.5g该土壤加入到离心管中，取5mM EDTA 25ml加入到管中，震荡4小时后离心取上清液。取上清1ml加水至25ml，即将上清液稀释25倍，铅含量为6.45mg/L，加入实施例2的材料1.1g震荡5分钟后，铅含量降低为0.26mg/L，去除率达到95.97％。

Claims

1.一种用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料，该材料为铁基膨润土材料。

2.根据权利要求1所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料，该材料是按照以下方法制备得到的：

3.根据权利要求2所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料，其中，所述钙基膨润土与三氯化铁水溶液的混合物中，钙基膨润土与三氯化铁的重量比为10～15∶0.8～1.2。

4.权利要求1～3任一项所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料的制备方法，该方法包括步骤：

将钙基膨润土与三氯化铁水溶液混合，搅拌5～30分钟，使之呈泥浆状混合物，然后干燥使含水率在15％以下，得到所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料；

优选所述三氯化铁水溶液中三氯化铁浓度为3％～6％。所述干燥优选为30～45℃真空干燥2～4小时。

5.根据权利要求4所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料的制备方法，该方法还包括：

用清水洗涤钙基膨润土与三氯化铁水溶液的泥浆状混合物，直至往洗涤液中加入NaOH不产生红色沉淀，然后将经洗涤后的物料再干燥至含水率15％以下，得到所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料。

6.一种去除重金属污染土壤淋洗液中铅的方法，该方法包括向重金属污染土壤淋洗液中加入权利要求1～3任一项所述的用于去除重金属污染土壤淋洗液中铅的材料以去除重金属污染土壤淋洗液中铅的过程。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述重金属污染土壤淋洗液为淋洗重金属污染土壤的EDTA淋洗液，所述EDTA淋洗液的浓度为0.01～50mM；所述重金属污染土壤淋洗液中铅的浓度为5～50mg/L，淋洗液的pH≥6.0。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，向重金属污染土壤淋洗液中加入权利要求1～3任一项所述的材料的量为：按照每去除淋洗液中1mg的铅加入0.5g～8g权利要求1～3任一项所述的材料计算。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，加入权利要求1～3任一项所述的材料后处理3～20分钟以去除重金属污染土壤淋洗液中的铅。

10.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括步骤：

在向重金属污染土壤淋洗液中加入所述的材料去除淋洗液中的铅后，将反应后失活的材料从淋洗液中分离出来，并用三氯化铁水溶液浸泡10～30分钟，使失活材料恢复活性；

其中，所述三氯化铁水溶液中三氯化铁浓度为3％～6％，其与失活材料的浸泡比例为：每10～15g失活材料用20～30ml三氯化铁水溶液浸泡。