CN103710029A - 一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，属于重金属污染土壤治理与修复技术领域。该稳定剂是以膨润土、鸟粪石为主要原料，辅以重金属捕集剂，以有机粘结剂为骨架制备而成，其中各组分干物质的重量百分比为：膨润土20％～40％、鸟粪石30％～50％，重金属捕集剂5％～20％，粘结剂5％～10％。本靶向稳定剂的制备工艺包括：混料、反应、烘干、破碎、煅烧。本发明可以有效解决重金属污染土壤的污染问题，所用材料来源广泛，价格低廉，具有成本低，修复效率高，无二次污染，操作方法简单等特点。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染土壤治理与修复技术领域，涉及一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法。
背景技术
土壤是人类赖以生存的重要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工矿业的迅速发展，土壤重金属污染已日益严重，污染土壤中的重金属主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、锰、锌、砷等。重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特长。近年来，我国土壤重金属污染进入集中多发期，有资料表明，我国重金属污染的农业土地面积约1500万m2，每年被重金属污染的粮食多达1200万t，因重金属污染而导致粮食减产高达1000多万t。我国土壤重金属污染状况已经影响到耕地质量、食品安全甚至人的身体健康。
修复重金属污染土壤一直是国际上的难点和热点研究课题。目前常用的土壤重金属修复技术主要包括挖掘、固化／稳定化、化学淋洗、气提、热处理、生物修复等。治理土壤重金属污染的原理大致有两种，一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属。
土壤稳定化技术是指向土壤中添加化学物质，改变重金属的形态或价态，将重金属转化为不易溶解、迁移能力差且毒性更小的化合物或矿物相形态，使得土壤中的重金属不再具有迁移性和生物有效性，植物对重金属的吸收大幅度降低，对食品安全不再构成直接威胁。与其他修复技术相比，具有处理时间短、适用范围较广等优势，因此，美国环保署将固化／稳定化技术称为处理有害有毒废物的最佳技术。1982-2005年间，美国超级基金共对977个场地进行修复或拟修复，其中有217个场地修复使用固化／稳定化技术。
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化学稳定剂的选择要根据土壤的物理、化学性质、重金属的类型和赋存形态，在保证重金属稳定化的基础上，确保化学药剂对土壤不会带来二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，该稳定剂是以膨润土、鸟粪石为主要原料，辅以重金属捕集剂，以有机粘结剂为骨架制备而成，其中各组分干物质的重量百分比为：膨润土20％～40％、鸟粪石30％～50％，重金属捕集剂5％～20％，粘结剂5％～10％。本靶向稳定剂的制备工艺包括：预处理、混料、反应、烘干、破碎、煅烧。
所述的一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，其特征在于，所述各组分干物质的重量百分比为：膨润土20％～40％、鸟粪石30％～50％，重金属捕集剂5％～20％，粘结剂5％～10％。
所述的一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，其特征在于，所述重金属捕集剂为亚氨基二乙酸、二乙烯三胺五乙酸中的一种，或按任意比例混合。
所述的一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇中的一种，或按任意比例混合。
所述的一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，其特征在于，该靶向稳定剂的制备方法包括如下工艺：
1)预处理：分别将膨润土、鸟粪石研磨，过300目筛，备用；
2)混料：按重量百分比分别称量各组分原料，放入反应釜中，混合均匀；
3)反应：称取M质量的混合物料，按M质量20％～30％加入2mol／L氢氧化钠水溶液；80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应3小时，得到凝胶状物料；
4)烘干：冷却至室温，加入1mol／L盐酸调节pH至中性，在105℃条件下烘干24小时；
5)破碎：取出干燥好的靶向稳定剂，破碎成粉末，粉末细度为过300目筛；
6)煅烧：将烘干得到的粉末状稳定剂在马弗炉中，在200℃～300℃下煅烧，2h～3h，制得靶向稳定剂。
本发明是一种重金属污染土壤的靶向稳定剂，由于磷酸盐、矿物土及捕集剂的存在及共同作用，其主要机理为凝聚、吸附架桥、络合、螯合、沉淀等作用，且各组分在粘结剂作用下更具长期稳定性，相互作用，对重金属离子的选择性增强，能够直接、有效地捕集游离态、可交换态等活性较强的重金属离子，优先与捕集到的重金属离子反应，形成稳定态重金属络合物和螯合物，实现靶向稳定效果，降低重金属活性和生物毒性。同时，鸟粪石的主要成分是五氧化二磷和氧化镁，还具有改良土壤的作用，是优良的氮磷肥料。
与传统稳定化试剂相比，所用材料来源广泛，价格低廉，具有成本低，修复效率高，无二次污染，操作方法简单等特点。
具体实施方式
其具体实施例有：
实施例1：
膨润土、鸟粪石研磨，过300目筛，备用；称取膨润土200g，鸟粪石500g，亚氨基二乙酸200g，羧甲基纤维素100g，放入反应釜中混合均匀；加入200ml2mol／L的氢氧化钠溶液，80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应3小时，得到凝胶状物料；冷却至室温，加入1mol／L盐酸调节pH至中性，在105℃条件下烘干24小时；取出干燥好的靶向稳定剂，破碎成粉末，粉末细度为过300目筛；将烘干得到的粉末状稳定剂在马弗炉中，在200℃下煅烧3h，制得靶向稳定剂1#。将稳定剂1#10g与1000g重金属污染土壤混合均匀，稳定剂与污染土壤的重量比为1∶100。供试污染土壤中铅、锌、铜和镉的浓度分别为6482mg／kg、4156mg／kg、3480mg／kg、23.6mg/L。
采用本实施例，污染土壤中铅、锌、铜和镉的稳定化率分别为82.64％、85.21％、84.42％和88.71％。
实施例2：
膨润土、鸟粪石研磨，过300目筛，备用；称取膨润土300g，鸟粪石500g，二乙烯三胺五乙酸100g，聚乙烯醇100g，放入反应釜中混合均匀；加入250ml2mol／L的氢氧化钠溶液，80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应3小时，得到凝胶状物料；冷却至室温，加入1mol／L盐酸调节pH至中性，在105℃条件下烘干24小时；取出干燥好的靶向稳定剂，破碎成粉末，粉末细度为过300目筛；将烘干得到的粉末状稳定剂在马弗炉中，在300℃下煅烧2h，制得靶向稳定剂2#。将稳定剂2#10g与1000g重金属污染土壤混合均匀，稳定剂与污染土壤的重量比为1∶100。供试污染土壤中铅、锌、铜和镉的浓度分别为6482mg/kg、4156mg/kg、3480mg／kg、23.6mg/L。
采用本实施例，污染土壤中铅、锌、铜和镉的稳定化率分别为87.65％、89.34％、86.03％和89.23％。
实施例3：
膨润土、鸟粪石研磨，过300目筛，备用；称取膨润土400g，鸟粪石300g，二乙烯亚氨基二乙酸200g，羧甲基纤维素50g，聚乙烯醇50g，放入反应釜中混合均匀；加入300ml2mol／L的氢氧化钠溶液，80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应3小时，得到凝胶状物料；冷却至室温，加入1mol／L盐酸调节pH至中性，在105℃条件下烘干24小时；取出干燥好的靶向稳定剂，破碎成粉末，粉末细度为过300目筛；将烘干得到的粉末状稳定剂在马弗炉中，在250℃下煅烧2h，制得靶向稳定剂3#。将稳定剂3#20g与1000g重金属污染土壤混合均匀，稳定剂与污染土壤的重量比为1∶50。供试污染土壤中铅、锌、铜和镉的浓度分别为6482mg/kg、4156mg／kg、3480mg／kg、23.6mg/L。
采用本实施例，污染土壤中铅和锌的稳定化率分别为80.94％、82.56％、84.90％、86.59％。
实施例4：
膨润土、鸟粪石研磨，过300目筛，备用；称取膨润土300g，鸟粪石450g，二乙烯亚氨基二乙酸50g，二乙烯三胺五乙酸150g，羧甲基纤维素50g，放入反应釜中混合均匀；加入200ml2mol／L的氢氧化钠溶液，80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应3小时，得到凝胶状物料；冷却至室温，加入1mol／L盐酸调节pH至中性，在105℃条件下烘干24小时；取出干燥好的靶向稳定剂，破碎成粉末，粉末细度为过300目筛；将烘干得到的粉末状稳定剂在马弗炉中，在200℃下煅烧2h，制得靶向稳定剂4#。将稳定剂4#10g与1000g重金属污染土壤混合均匀，稳定剂与污染土壤的重量比为1∶100。供试污染土壤中铅、锌、铜和镉的浓度分别为6482mg／kg、4156mg/kg、3480mg／kg、23.6mg/L。
采用本实施例，污染土壤中铅和锌的稳定化率分别为86.58％、91.72％、83.71％和88.26％。
实施例5：
膨润土、鸟粪石研磨，过300目筛，备用；称取膨润土350g，鸟粪石450g，二乙烯亚氨基二乙酸50g，二乙烯三胺五乙酸50g，羧甲基纤维素50g，聚乙烯醇50g，放入反应釜中混合均匀；加入300ml2mol／L的氢氧化钠溶液，80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应3小时，得到凝胶状物料；冷却至室温，加入1mol／L盐酸调节pH至中性，在105℃条件下烘干24小时；取出干燥好的靶向稳定剂，破碎成粉末，粉末细度为过300目筛；将烘干得到的粉末状稳定剂在马弗炉中，在300℃下煅烧2h，制得靶向稳定剂5#。将稳定剂5#20g与1000g重金属污染土壤混合均匀，稳定剂与污染土壤的重量比为1∶50。供试污染土壤中铅、锌、铜和镉的浓度分别为6482mg／kg、4156mg／kg、3480mg／kg、23.6mg/L。
采用本实施例，污染土壤中铅和锌的稳定化率分别为90.80％、87.63％、89.54％和91.89％。
Claims (4)
1.一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，以膨润土、鸟粪石为主要原料，辅以重金属捕集剂，以有机粘结剂为骨架制备而成，其特征在于，各组分干物质的重量百分比为：膨润土20％～40％、鸟粪石30％～50％，重金属捕集剂5％～20％，粘结剂5％～10％。
2.如权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，其特征在于，所述重金属捕集剂为亚氨基二乙酸、二乙烯三胺五乙酸中的一种，或按任意比例混合。
3.如权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇中的一种，或按任意比例混合。
4.如权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的靶向稳定剂及其制备方法，其特征在于，该靶向稳定剂的制备方法包括如下工艺：
1)预处理：分别将膨润土、鸟粪石过300目筛，备用；
2)混料：按重量百分比分别称量各组分原料，放入反应釜中，混合均匀；
3)反应：称取M kg的混合物料，按M质量20％～30％加入2mol／L氢氧化钠水溶液；80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应3小时，得到凝胶状物料；
4)烘干：冷却至室温，加入1mol／L盐酸调节pH至中性，在105℃条件下烘干24小时；
5)破碎：取出干燥好的靶向稳定剂，破碎成粉末，粉末细度为过300目筛；
6)煅烧：将烘干得到的粉末状稳定剂在马弗炉中，在200℃～300℃下煅烧，2h～3h，制得靶向稳定剂。
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