CN104194796B - 一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料,包括粘土和磷灰石,且所述的粘土和磷灰石的重量比为2.5:1。本发明同时公开了基于粘土和磷灰石的土壤修复材料的制备方法。本发明所述的土壤修复材料对重金属具有很强的去除率,可有效治理土壤污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤修复材料,尤其是涉及一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料,属于环境修复材料技术领域。
背景技术
粘土八面体中的坡缕石粘土矿物和蒙脱石中的Mg和Al经常被其他元素替代,从而导致粘土需要吸附其他离子或者产生多余八面体空位来弥补电荷的不平衡,这样粘土的吸附能力就有显著的提高。
粘土矿物丰富的孔结构有比表面值大,粘土孔径分布范围广,可吸附的物质种类多的特点。坡缕石具有纳米级的孔道,而且其纤维状的结构在吸附过程中产生的毛细管效应也增加了矿物的吸附能力。对于蒙脱石,其层间提供了巨大的可吸附空间,蒙脱石的阳离子交换能力一般为80-150阳离子交换容量毫克当量/100g, 高于坡缕石的25-50交换容量毫克当量/100g。
磷灰石对重金属元素的作用并不是“吸附”而是重金属元素取代晶格中的Ca离子而进入其晶体结构。相比较粘土矿物,一旦重金属进入磷灰石晶体结构,就会稳定占位,不会轻易再从结构中转移到土壤中,正因为如此,磷灰石在核废料处理铀矿元素,生物,医学,农业中被广泛使用。
将二者结合起来,按照一定比例配比,使得磷灰石与粘土混合,通过粘土的吸附能力将重金属离子以及可吸附有机物聚集在磷灰石矿物周边形成高浓度,促进磷酸根对污染物的固化。并通过弱酸侵蚀以及加热等方式化学改性,不仅扩展了其可吸附用途,而且吸附能力提升明显。
目前市场上并没有将二者结合的产品,大部分基于矿物的环境修复材料都是基于单一矿物的,比如说某种单一品种的粘土。这些矿物材料由于单一矿物的局限性,环境修复功能有限。比如,粘土矿物材料虽然容易吸附污染物,但是也容易脱附。单一磷灰石矿物虽然可以固定重金属,但是在土壤修复中,重金属无法聚集在其周边形成高浓度,所以吸附效果也有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸附效果好、吸附稳定的基于粘土和磷灰石的土壤修复材料及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料,其特征在于,包括粘土和磷灰石,且所述的粘土和磷灰石的重量比为2.5:1。
进一步,所述的粘土包括坡缕石和蒙脱石,由于坡缕石和蒙脱石粘土在野外共生存在,二者吸附性能差别有限,因此对二者的比例不做要求。
所述的坡缕石为富镁坡缕石,且所述的富镁坡缕石中镁在镁铁总量中的含量大于80%。
而所述的磷灰石则为阳离子中钙离子含量大于90%的磷灰石。
一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)对粘土进行改性处理:将粘土磨成过200目筛的粉末,然后放入pH值为1-3的酸性溶液中浸蚀24h,然后经风干、洗刷处理后得到改性后的粘土,其比表面可以提升50-85%;
(2)对磷灰石进行改性处理:首先将磷灰石研磨成过50目筛的粉末,然后将粉末加热到200-300℃,保温18h,然后自然冷却得到改性后的磷灰石,可以有效提高磷灰石的替代能力,提高了50%以上,此过程中磷灰石中挥发出来的水分需要转移掉;
(3)制备土壤修复材料:将步骤(1)得到的改性后粘土和步骤(2)改性后的磷灰石按照2.5:1的重量比混合均匀,然后在100℃的温度条件下烘干12h,去除表面吸附水增加吸附性能,最终得到土壤修复材料。
进一步,所述的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸等无机酸溶液,以酸性溶液中不含重金属离子或者其他污染源即可。且所述的粘土和酸性溶液的重量比为1:3。
本发明的有益效果为:
1、本发明通过选择粘土和磷灰石的最佳配比,使得土壤中游离的重金属元素先由粘土的吸附能力而集中,让粘土起到初步的吸附作用;然后相对集中的重金属元素再由磷灰石来吸纳进入晶体结构而且稳定在结构内,从而达到修复重金属污染土壤的目的;
2、本发明所述的土壤修复材料对重金属离子的固化效率可以提高70-300%;
3、而通过弱酸对粘土进行侵蚀改性处理,使得粘土的表面活性位置增加,蒙脱石的层间距以及坡缕石的孔径都有明显的提升,其总的表面积增加50-85%,且本发明明确了弱酸侵蚀的pH值,只有在此pH值的区间范围内,才能在矿物结构破坏和性能提升之间达到平衡;
4、而通过对磷灰石进行加热改性,则可有效增加磷灰石矿物的可替代位置以及提高其阳离子交换能力。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明。
选料:选取粘土和磷灰石,其中粘土包括坡缕石和蒙脱石,坡缕石和蒙脱石的重量比为4:1,且坡缕石为富镁坡缕石,即所述的富镁坡缕石中镁在镁铁总量中的含量大于80%;而所述的磷灰石则为阳离子中钙离子含量大于90%的磷灰石。
实施例1:
(1)对粘土进行改性处理:将粘土磨成过200目筛的粉末,然后放入pH值为3的盐酸溶液中浸蚀24h,粘土与盐酸的重量比为1:3,然后经风干、自来水洗刷3次处理后得到改性后的粘土;
(2)对磷灰石进行改性处理:首先将磷灰石研磨成过50目筛的粉末,然后将粉末加热到200℃,并保温18h,然后自然冷却得到改性后的磷灰石;
(3)制备土壤修复材料:将步骤(1)得到的改性后粘土和步骤(2)改性后的磷灰石按照2.5:1的重量比混合均匀,然后在100℃的温度条件下烘干12h,最终得到土壤修复材料。
实验室模拟配比重金属严重污染的土壤1kg,长度为50*4*2cm,铅(Pb)的浓度为250mg/kg,镉(Cd)的浓度为1mg/kg,锌(Zn)的浓度为300mg/kg,铁(Fe)的浓度为400mg/kg,镍(Ni)的浓度为120mg/kg。将配比好的矿物粉末压成长方体状,每个长方体重量为50g,选取4个,嵌入土壤中,模拟地表水流,每10分钟,缓慢从土壤长方体一端流到另一端,总共持续10次。
图1为实施例1所述的土壤修复材料吸附重金属的效果图。
如图1所示:重金属的去除率非常高,其中重金属Pb、Cd、Zn 、Fe、 Ni等离子的去除率均达到了40%以上,而Pb的去除率甚至达到了80%。说明实施例1所述的土壤修复材料吸附重金属的效果非常好。
实施例2:
(1)对粘土进行改性处理:将粘土磨成过300目筛的粉末,然后放入pH值为2的硫酸溶液中浸蚀24h,粘土与硫酸溶液的重量比为1:3,然后经风干、自来水洗刷3次处理后得到改性后的粘土;
(2)对磷灰石进行改性处理:首先将磷灰石研磨成过100目筛的粉末,然后将粉末加热到250℃,并保温18h,然后自然冷却得到改性后的磷灰石;
(3)制备土壤修复材料:将步骤(1)得到的改性后粘土和步骤(2)改性后的磷灰石按照2.5:1的重量比混合均匀,然后在100℃的温度条件下烘干12h,最终得到土壤修复材料。
选取某严重工业污染的土地,选取受污染面积为30*30m,铅(Pb)的浓度为400mg/kg,镉(Cd)的浓度为1mg/kg,锌(Zn)的浓度为200mg/kg,砷(As)的浓度为50mg/kg,镍(Ni)的浓度为100mg/kg,铬(Cr)的浓度为300mg/kg。将配比好的矿物粉末压成圆柱状,每个圆柱重量为100g,选取10个,嵌入土壤中,时长15天,降雨两次(间隔7天),一次为10mm,另一次为15mm,之后重新分析土壤化学成分,分析结果如表1所示:
表1:实施例2所述的土壤修复材料处理土壤前后的化学成分分析结果
Pb | Cd | Zn | As | Ni | Cr | |
处理前 | 400 | 1 | 200 | 50 | 100 | 400 |
处理后 | 31 | 0.4 | 19 | 5 | 12 | 33 |
由表1可知:实施例2所述的土壤修复材料对土壤中的重金属具有极好的吸附效果,重金属去除率非常高,能够有效治理土壤污染。
本发明按照上述实施例进行了说明应当理解,上述实施例不以任何形式限定本发明,凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料,其特征在于,包括粘土和磷灰石,且所述的粘土和磷灰石的重量比为2.5:1,且所述的粘土包括坡缕石和蒙脱石,所述的坡缕石为富镁坡缕石,且所述的富镁坡缕石中镁在镁铁总量中的含量大于80%,所述的磷灰石为阳离子中钙离子含量大于90%的磷灰石;所述的基于粘土和磷灰石的土壤修复材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)对粘土进行改性处理:将粘土磨成过200目筛的粉末,然后放入pH值为1-3的酸性溶液中浸蚀24h,然后经风干、洗刷处理后得到改性后的粘土;
(2)对磷灰石进行改性处理:首先将磷灰石研磨成过50目筛的粉末,然后将粉末加热到200-300℃,保温18h,然后自然冷却得到改性后的磷灰石;
(3)制备土壤修复材料:将步骤(1)得到的改性后粘土和步骤(2)改性后的磷灰石按照2.5:1的重量比混合均匀,然后在100℃的温度条件下烘干12h,得到土壤修复材料。
2.一种如权利要求1所述的基于粘土和磷灰石的土壤修复材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)对粘土进行改性处理:将粘土磨成过200目筛的粉末,然后放入pH值为1-3的酸性溶液中浸蚀24h,然后经风干、洗刷处理后得到改性后的粘土;
(2)对磷灰石进行改性处理:首先将磷灰石研磨成过50目筛的粉末,然后将粉末加热到200-300℃,保温18h,然后自然冷却得到改性后的磷灰石;
(3)制备土壤修复材料:将步骤(1)得到的改性后粘土和步骤(2)改性后的磷灰石按照2.5:1的重量比混合均匀,然后在100℃的温度条件下烘干12h,得到土壤修复材料。
3.根据权利要求2所述的一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料的制备方法,其特征在于,所述的酸性溶液为无机酸溶液。
4.根据权利要求2所述的一种基于粘土和磷灰石的土壤修复材料的制备方法,其特征在于,所述的粘土和酸性溶液的重量比为1:3。
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2种组配改良剂对稻田土壤重金属有效性的效果;周航等;《中国环境科学》;20140220;第34卷(第2期);摘要,第438页"1.2试验方法" * |
农田重金属污染原位钝化修复研究进展;李剑睿等;《生态环境学报》;20140418;第23卷(第4期);第722页表1 * |
凹凸棒石改性方法及其应用现状;赵萍等;《化工生产与技术》;20061025;第13卷(第5期);第47-49,55页 * |
改性硅酸盐矿物在修复土壤重金属污染中的应用;于勤勤,牛漫兰;《安徽农学通报》;20080510;第14卷(第9期);第67页"3.2热改性" * |
海泡石活化改性的研究现状及应用前景;梁凯等;《化工矿物与加工》;20060415(第4期);第5-9,32页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN104194796A (zh) | 2014-12-10 |
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