CN104785519A - 一种改性生物炭原位固定钒矿污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

一种改性生物炭原位固定钒矿污染土壤的方法，属于土壤原位修复技术领域，1、将收割的钒矿污染场地的植物经预处理后，在氮气保护下于450-550℃下裂解，维持30min，继续通入氮气冷却至室温得到固体颗粒，清洗后，于60℃下烘干，得到生物炭颗粒备用；2、将磷酸氢钙溶解到质量浓度为5％的稀硝酸中，两者按摩尔比(1-3):1充分混合；3、将生物炭颗粒按1g：(40-60ml)加入到磷酸氢钙-硝酸混合体系中，超声20min；4、过滤，清洗，置于55℃下烘干，得到改性生物炭；5、将改性生物炭按照1％-3％的质量比与土壤样品充分混合，保持土壤田间持水量60％，养护30天；土壤浸出实验表明经改性生物炭固定化土壤重金属浸出毒性比未固定土壤V减少70％，Cr减少50％，Pb减少35％。

Description

一种改性生物炭原位固定钒矿污染土壤的方法
技术领域
本发明属于土壤原位修复技术领域，具体涉及一种改性生物炭原位固定钒矿污染土壤的方法。
背景技术
中国钒矿资源储量丰富，金属钒具有高熔点，质地坚硬，有延展性等特点，被广泛应用于工业领域、电子技术、航空、铁路等领域。随着钒的应用范围不断扩大，钒矿开采量不断上升，炼钒过程带来的环境问题也日渐突出。我国提钒的主要原材料是石煤，是一种低品位多金属共生矿，传统石煤提钒工艺，金属回收率低，每生产1吨V2O5产生约200吨废渣，环境污染严重，产生大量含钒废渣、废水和废气。钒及伴生重金属铬、锰、铜、锌、锰等在长期堆积过程中逐渐向土壤环境迁移，造成严重的土壤重金属污染，目前我国针对土壤中钒污染的土壤原位修复技术还很少。传统治理方法包括热处理、物理化学法、生物法等，均存在修复成本高，二次污染等风险，原位修复技术体现出优势，但传统固化剂材料，成本高，对复合污染效果有限。而且目前国内针对钒矿污染的土壤修复技术鲜有涉及。
本发明利用矿区当地生物量大的耐性植物，收集后在高温隔氧条件下制成生物炭，利用生物炭丰富的空隙结构及吸附能力，经改性后生物炭表面含有大量的氧化性基团含量、磷酸根含量、钙离子含量，通过离子交换和表面沉淀等作用提高生物炭对重金属离子的吸附能力，增强钒矿污染土壤中重金属的固定效果，同时植物基生物炭富含有N、P元素可以提高钒矿污染土壤的肥力，为后续继续利用提供可能。本发明具有成本低、高效、应用范围广的优势。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种改性生物炭原位固定钒矿污染土壤的方法，利用矿区当地生物量大的耐性植物，收集后在高温隔氧条件下制成生物炭，利用生物炭丰富的空隙结构及吸附能力，经改性后生物炭表面含有大量的氧化性基团含量、磷酸根含量、钙离子含量，通过离子交换和表面沉淀等作用提高生物炭对重金属离子的吸附能力，增强钒矿污染土壤中重金属的固定效果，同时植物基生物炭富含有N、P元素可以提高钒矿污染土壤的肥力，为后续继续利用提供可能；本发明具有成本低、高效、应用范围广的优势。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种改性生物炭原位固定钒矿污染土壤的方法，包括如下步骤：
步骤1：将收割的来自于钒矿污染场地生物量大的植物经预处理后，在氮气保护下于450-550℃高温下裂解，维持30min，继续通入氮气冷却至室温得到固体颗粒，清洗后，于60℃下烘干，得到生物炭颗粒，备用；
步骤2：将磷酸氢钙溶解到质量浓度为5％的稀硝酸中，两者按摩尔比(1-3):1充分混合，得到磷酸氢钙-硝酸混合体系；
步骤3：将生物炭颗粒加入到磷酸氢钙-硝酸混合体系中，生物炭颗粒与磷酸氢钙-硝酸混合体系的混合比例为1g：(40-60ml)，超声20min；
步骤4：过滤，用去离子水洗净，置于55℃下烘干，得到改性生物炭；
步骤5：将改性生物炭按照1％-3％的质量百分比与土壤样品充分混合，通过喷淋自来水保持土壤田间持水量60％，养护30天。
步骤1所述来自于钒矿污染场地生物量大的植物为芦苇、车桑子或黄蒿植物。
所述钒矿污染土壤实际测定，含有钒V、铬Cr和铅Pb多种重金属。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、固定效果明显。本发明对初始重金属V 4000mg/kg、Cr 800mg/kg，Pb500mg/kg的复合重金属污染土壤，混合植物基生物炭经过30天的养护后，经改性生物炭固定化处理后土壤重金属浸出毒性比未固定土壤V浸出至少减少50％，Cr至少减少40％，Pb至少减少30％。
2、成本低。本发明中生物炭原材料来源于钒矿区域生长的生物量大的植株，对环境扰动小，不产生二次污染等优点。
3、生物炭具有丰富的空隙结构，对复合重金属具有固定的效果，同时生物炭中富含N、P等营养元素，可以提高污染土壤肥力。
本发明可以广泛用于重金属污染土壤的原位修复领域。
附图说明
附图为改性后生物炭与未改性生物炭吸附容量曲线图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
(1)吸附容量实验：取0.3g 200目改性生物炭粉末，加入充满偏钒酸钠溶液的吸附反应瓶中，放置于滚筒中充分反应，定时取样，静置待生物炭粉末沉降，取上清液过0.45um膜测定重金属浓度。
(2)浸出实验：经测定污染场地土壤样品初始重金属V 4000mg/kg、Cr800mg/kg、Pb 500mg/kg，采用醋酸缓冲溶液法，具体步骤按HJ/T300-2007标准操作。结果表明未加生物炭土壤样品浸出浓度V 800mg/kg，Cr 160mg/kg，Pb 100mg/kg。
实施例1
将收集植被经除杂、洗净、杀青、破碎、灭菌处理，在氮气保护下450℃高温下裂解，维持30min，继续通入氮气冷却至室温得到固体颗粒，将该颗粒用清洗除杂后，于60℃下烘干备用；将该颗粒按照1g：40ml的比例加入到磷酸氢钙按摩尔比1:1溶解到5％的稀硝酸的混合体系中，超声20min，过滤，清洗，置于55℃下烘干，研磨后过1mm筛即得改性生物炭，将改性生物炭按照1％质量比均匀施加到污染场地表层，取0-15cm深度土壤进行翻耕，混合均匀，通过喷洒自来水保持土壤田间持水量60％，养护30天。土壤浸出实验表明经改性生物炭固定化土壤重金属浸出毒性V 400mg/kg，Cr 96mg/kg，Pb70mg/kg，比未固定土壤V减少50％，Cr减少40％，Pb减少30％。
实施例2
将收集植被经除杂、杀青、破碎、灭菌处理，在氮气保护下500℃高温下裂解，维持30min，继续通入氮气冷却至室温得到固体颗粒，将该颗粒用乙醇和超纯水清洗除杂后，于50℃下烘干备用，将该颗粒将该颗粒按照1g：50ml的比例加入到磷酸氢钙按2:1摩尔比溶解到5％的稀硝酸的混合体系中，超声20min，过滤，清洗，置于55℃下烘干，研磨后过2mm筛即得改性生物炭，将改性生物炭按照2％质量比均匀施加到污染场地表层，取0-15cm深度土壤进行翻耕，混合均匀，通过喷洒自来水保持土壤田间持水量60％，养护30天。
土壤浸出实验表明经改性生物炭固定化土壤重金属浸出毒性V 280mg/kg，Cr 80mg/kg，Pb 65mg/kg，比未固定土壤V减少65％，Cr减少50％，Pb减少35％。
实施例3
将收集植被经除杂、杀青、破碎、灭菌处理，在氮气保护下550℃高温下裂解，维持30min，继续通入氮气冷却至室温得到固体颗粒，将该颗粒用乙醇和超纯水清洗除杂后，于50℃下烘干备用，将该颗粒将该颗粒按照1g：60ml的比例加入到磷酸氢钙按3:1摩尔比溶解到5％的稀硝酸的混合体系中，超声20min，过滤，清洗，置于55℃下烘干，研磨后过3mm筛即得，改性生物炭，将改性生物炭按照3％质量比均匀施加到污染场地表层，取0-15cm深度土壤进行翻耕，混合均匀，通过喷淋自来水保持土壤田间持水量60％，养护30天。
土壤浸出实验表明经改性生物炭固定化土壤重金属浸出毒性V 320mg/kg，Cr 80mg/kg，Pb 65mg/kg，比未固定土壤V减少60％，Cr减少50％，Pb减少35％。
如附图所示，为改性后生物炭与未改性生物炭吸附容量曲线图，从图中可以看出：改性后生物炭的吸附容量14.5mg/kg，而未改性生物炭吸附容量为7.9mg/kg，改性后生物炭吸附性能提高了46％，效果明显。

Claims (3)

1.一种改性生物炭原位固定钒矿污染土壤的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将收割的来自于钒矿污染场地生物量大的植物经预处理后，在氮气保护下于450-550℃高温下裂解，维持30min，继续通入氮气冷却至室温得到固体颗粒，清洗后，于60℃下烘干，得到生物炭颗粒，备用；
步骤2：将磷酸氢钙溶解到质量浓度为5％的稀硝酸中，两者按摩尔比(1-3):1充分混合，得到磷酸氢钙-硝酸混合体系；
步骤3：将生物炭颗粒加入到磷酸氢钙-硝酸混合体系中，生物炭颗粒与磷酸氢钙-硝酸混合体系的混合比例为1g：(40-60ml)，超声20min；
步骤4：过滤，用去离子水洗净，置于55℃下烘干，得到改性生物炭；
步骤5：将改性生物炭按照1％-3％的质量百分比与土壤样品充分混合，通过喷淋自来水保持土壤田间持水量60％，养护30天。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1所述来自于钒矿污染场地生物量大的植物为芦苇、车桑子或黄蒿植物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钒矿污染土壤实际测定，含有钒V、铬Cr和铅Pb多种重金属。
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