CN105536739B - 同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂及其制备方法 - Google Patents

同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂及其制备方法，其特征在于，通过将秸秆，木质素磺酸，羟基磷灰石，膨润土、活性炭、石灰粉、硫化钠、聚乙烯醇混合制备成凝胶后煅烧得到密度在1.015‑1.120g/cm3的颗粒状重金属吸附矿化剂，其中，各个组分物质的干物质重量百分比分别为为：秸秆45‑55％，木质素磺酸10‑20％，羟基磷灰石5‑10％，膨润土5‑10％、活性炭0‑5％、石灰粉5‑10％、硫化钠4‑8％、聚乙烯醇3‑6％。

Description

同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种同步修复水体及其底泥的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂及其制备方法。
背景技术
重金属通过吸附、络合、沉淀等作用沉积到底泥中，同时覆体水之间保持一种动态平衡，当环境条件发生变化时，重金属极易再次进入水体，成为二次污染。
重金属污染的底泥修复技术多样，覆盖修复由于其具有投资小、操作容易、不易产生二次污染等优点，重金属污染的底泥的原位覆盖修复技术将成为今后解决水体沉积物污染的一个方向。
但目前的原位覆盖修复技术由于种种限制，尚处于研究阶段，传统的重金属修复一般为粉末状的化学物质，难以沉降到底泥，并且覆盖中容易被水流冲散，不能固定在底泥上保持覆盖的缺点，而且化学物质还会产生其他危害，另外有在研究河底泥生物修复，但该种修复容易受环境影响不能保持稳定效果，生物修复物质制备工艺也相对复杂且难以控制，制备成本也较高，如何实现一种实际可行并节约简单的原底泥重金属位覆盖修复技术，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于提出一种环保无生物毒性的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂及其制备方法，能同时修复重金属污染的底泥及其水体，修复率良好，并且制备成本低制备过程简单，为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明提供的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于，包括以下组分物质：秸秆，木质素磺酸，羟基磷灰石，膨润土、活性炭、石灰粉、硫化钠以及聚乙烯醇，各组分物质的干物质重量百分比分别为：秸秆45-55％，木质素磺酸10-20％，羟基磷灰石5-10％，膨润土5-10％，活性炭0-5％，石灰粉5-10％，硫化钠4-8％，聚乙烯醇3-6％；其中，秸秆为主料，木质素磺酸为辅料，羟基磷灰石为骨架；同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的密度为1.015-1.120g/cm3。
本发明提供的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，还可以具有这样的特征：其中，同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂呈颗粒状。
本发明提供的制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，凝胶状物料制备，将同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的各组分物质混合后得到混合物料，混合物料与氢氧化钠水溶液混合后，进行加热反应，反应温度60-80℃，反应时间1-2小时，然后得到凝胶状物料；步骤二，破碎筛分，将凝胶状物料调pH到中性烘干后，破碎筛分得到颗粒物料；步骤三，煅烧，将颗粒物料在温度200-300℃下煅烧2-3小时后，得到同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂。
本发明提供的制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的方法，还可以具有这样的特征，其中，混合物料为同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂中各组分物质按干物质重量百分比进行混合得到。
本发明提供的制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的方法，还可以具有这样的特征，其中，氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的质量百分比为10％，氢氧化钠水溶液与混合物料的质量比例为1:4。
本发明提供的制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的方法，还可以具有这样的特征，加热反应方式为水浴加热。
本发明提供的制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的方法，还可以具有这样的特征，其中，烘干温度为60℃。
本发明提供的制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的方法，还可以具有这样的特征，其中，颗粒物料的颗粒粒度为1-2mm。
本发明提供的制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的方法，还可以具有这样的特征，其中，煅烧的装置为马弗炉。
发明作用与效果
根据本发明提供的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，由于以对重金属离子有很好的吸附作用的农作物废物秸秆为主要原料，既环保又大大节省成本，其他组分物质主要是木质素磺酸、羟基磷灰石、膨润土、活性炭、石灰粉、聚乙烯醇等天然矿化物类，在水体中不会产生生物毒性颗粒状，且密度接近水体密度，投放时可以自然沉降，沉降过程中充分与水体接触，通过吸附、交换、络合作用修复水体中的重金属，沉降到底泥后，不容易被水流冲散，能保持覆盖在底泥上，持续发挥修复及覆盖作用，并且能很好地隔离重金属再次进入水体中造成二次污染；而且由于用上述物质以木质素磺酸为辅料、以羟基磷灰石为骨架通过制凝胶煅烧制备，工艺简单，制备过程容易控制，并且制备投入成本低。
附图说明
图1是本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂制备流程图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
实施例1
图1是是本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂制备流程图。
如图1所示，要制备得到本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂时，实现工艺流程如下：
第一步S1，混料，准备膨润土0.5kg、秸秆2.75kg、木质素磺酸钠0.75kg、羟基磷灰石0.25kg、石灰粉0.25kg、硫化钠0.2kg、聚乙烯醇0.3kg，将准备好的料放在反应容器中混合均匀，得到混合物料。
第二步S2，凝胶状物料制备，往混合物料中加入1.25L 10％氢氧化钠水溶液，80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应1小时，得到凝胶状物料；
第三步S3，破碎筛分，将第二步得到的凝胶状物料冷却至室温，加入1mol/L盐酸调节pH至中性，在60℃条件下烘干24小时，采用实验室密封锤式破碎机进行破碎，再用实验室筛分机筛分收集到粒径为2mm的颗粒物料。
第四步S4，煅烧，将第三步得到的颗粒物料，置于马弗炉中，在200℃下煅烧3小时，制得颗粒状的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂。
实施1例作用与效果
根据本实施制备方法得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂产品参数如下：产品密度为1.180g/cm3，呈颗粒状，羟基磷灰石为颗粒骨架，各组分干物质重量百分比分别为，秸秆55％，木质素磺酸15％，羟基磷灰石5％，膨润土10％，石灰粉5％，硫化钠4％，聚乙烯醇6％，根据本实施例制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，主要原料为农作物废弃的秸秆，极大的利用了废物，而且节省了制作成本，制备工艺相比生物修复剂也简单。
根据本实施例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂进行的实际修复试验：在已知重金属含量的被污染的水体中，将制得的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂与重金属污染水体底泥的体积比＝1:5，均匀地投加入待处理水域，待其沉降至底部后监测计算，得出上覆水中Cr(VI)的去除率65.85％、Pb(II)的去除率为78.36％，待稳定二周后监测计算得出底泥中Cr(VI)的浸出率为8.65％、Pb(II)的浸出率为5.54％；由于吸附矿化剂密度接近水，自然缓慢沉降中对水体中的重金属也达到了修复的作用，去除率达到预期效果和要求，底泥重金属浸出率较低，说明同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂覆盖也能有效防止重金属进入水体造成二次污染。
实施2
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
图1是是本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂制备流程图。
如图1所示，要制备得到本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂时，实现工艺流程如下：
第一步S1，混料，准备膨润土0.25kg、秸秆2.50kg、木质素磺酸钠0.50kg、羟基磷灰石0.40kg、石灰粉0.50kg、硫化钠0.30kg、聚乙烯醇0.30kg，活性炭0.25kg，将准备好的料放在反应容器中混合均匀，得到混合物料。
第二步S2，凝胶状物料制备，往混合物料中加入1.25L 10％氢氧化钠水溶液，70℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应1.5小时，得到凝胶状物料；
第三步S3，破碎筛分，将第二步得到的凝胶状物料冷却至室温，加入1mol/L盐酸调节pH至中性，在60℃条件下烘干24小时，采用实验室密封锤式破碎机进行破碎，再用实验室筛分机筛分收集到粒径为1mm的颗粒物料。
第四步S4，煅烧，将第三步得到的颗粒物料，置于马弗炉中，在300℃下煅烧2.5小时，制得颗粒状的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂。
实施2例作用与效果
根据本实施制备例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂产品参数如下：产品密度为1.016g/cm3，呈颗粒状，羟基磷灰石为颗粒骨架，各组分干物质重量百分比分别为，秸秆50％，木质素磺酸10％，羟基磷灰石8％，膨润土5％，活性炭5％，石灰粉10％，硫化钠6％，聚乙烯醇6％，根据本实施例制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，主要原料为农作物废弃的秸秆，极大的利用了废物，而且节省了制作成本，制备工艺相比生物修复剂也简单。
根据本实施例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂进行的实际修复试验：在已知重金属含量的被污染的水体中，将制得的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂与重金属污染水体底泥的体积比＝1:10，均匀地投加入待处理水域，待其沉降至底部后监测计算，得出上覆水中Cr(VI)的去除率58.85％、Pb(II)的去除率为69.36％，待稳定二周后监测计算得出底泥中Cr(VI)的浸出率为9.30％、Pb(II)的浸出率为7.35％；由于吸附矿化剂密度接近水，自然缓慢沉降中对水体中的重金属也达到了修复的作用，去除率达到预期效果和要求，底泥重金属浸出率较低，说明同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂覆盖也能有效防止重金属进入水体造成二次污染。
实施例3
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
图1是是本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂制备流程图。
如图1所示，要制备得到本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂时，实现工艺流程如下：
第一步S1，混料，准备膨润土0.25kg、秸秆2.55kg、木质素磺酸钠0.60kg、羟基磷灰石0.40kg、石灰粉0.50kg、硫化钠0.35kg、聚乙烯醇0.20kg，活性炭0.15kg，将准备好的料放在反应容器中混合均匀，得到混合物料。
第二步S2，凝胶状物料制备，往混合物料中加入1.25L 10％氢氧化钠水溶液，70℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应1小时，得到凝胶状物料；
第三步S3，破碎筛分，将第二步得到的凝胶状物料冷却至室温，加入1mol/L盐酸调节pH至中性，在60℃条件下烘干24小时，采用实验室密封锤式破碎机进行破碎，再用实验室筛分机筛分收集到粒径为1.5mm的颗粒物料。
第四步S4，煅烧，将第三步得到的颗粒物料，置于马弗炉中，在250℃下煅烧2小时，制得颗粒状的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂。
实施3例作用与效果
根据本实施制备例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂产品参数如下：产品密度为1.107g/cm3，呈颗粒状，羟基磷灰石为颗粒骨架，各组分干物质重量百分比分别为，秸秆51％，木质素磺酸12％，羟基磷灰石8％，膨润土5％，活性炭3％，石灰粉10％，硫化钠7％，聚乙烯醇4％，根据本实施例制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，主要原料为农作物废弃的秸秆，极大的利用了废物，而且节省了制作成本，制备工艺相比生物修复剂也简单。
根据本实施例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂进行的实际修复试验：在已知重金属含量的被污染的水体中，将制得的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂与重金属污染水体底泥的体积比＝1:5，均匀地投加入待处理水域，待其沉降至底部后监测计算，得出上覆水中Cr(VI)的去除率70.43％、Pb(II)的去除率为88.15％，待稳定二周后监测计算得出底泥中Cr(VI)的浸出率为5.06％、Pb(II)的浸出率为3.50％；由于吸附矿化剂密度接近水，自然缓慢沉降中对水体中的重金属也达到了修复的作用，去除率达到预期效果和要求，底泥重金属浸出率较低，说明同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂覆盖也能有效防止重金属进入水体造成二次污染。
实施例4
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
图1是是本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂制备流程图。
如图1所示，要制备得到本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂时，实现工艺流程如下：
第一步S1，混料，准备膨润土0.35kg、秸秆2.40kg、木质素磺酸钠0.60kg、羟基磷灰石0.50kg、石灰粉0.40kg、硫化钠0.35kg、聚乙烯醇0.20kg，活性炭0.2kg，将准备好的料放在反应容器中混合均匀，得到混合物料。
第二步S2，凝胶状物料制备，往混合物料中加入1.25L()10％氢氧化钠水溶液，60℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应2小时，得到凝胶状物料；
第三步S3，破碎筛分，将第二步得到的凝胶状物料冷却至室温，加入1mol/L盐酸调节pH至中性，在60℃条件下烘干24小时，采用实验室密封锤式破碎机进行破碎，再用实验室筛分机筛分收集到粒径为2mm的颗粒物料。
第四步S4，煅烧，将第三步得到的颗粒物料，置于马弗炉中，在300℃下煅烧3小时，制得颗粒状的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂。
实施4例作用与效果
根据本实施制备例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂产品参数如下：产品密度为1.071g/cm3，呈颗粒状，羟基磷灰石为颗粒骨架，各组分干物质重量百分比分别为，秸秆48％，木质素磺酸12％，羟基磷灰石10％，膨润土7％，活性炭4％，石灰粉8％，硫化钠7％，聚乙烯醇4％，
根据本实施例制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，主要原料为农作物废弃的秸秆，极大的利用了废物，而且节省了制作成本，制备工艺相比生物修复剂也简单。
根据本实施例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂进行的实际修复试验：在已知重金属含量的被污染的水体中，将制得的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂与重金属污染水体底泥的体积比＝1:20，均匀地投加入待处理水域，待其沉降至底部后监测计算，得出上覆水中Cr(VI)的去除率66.77％、Pb(II)的去除率为82.41％，待稳定二周后监测计算得出底泥中Cr(VI)的浸出率为6.11％、Pb(II)的浸出率为4.15％；由于吸附矿化剂密度接近水，自然缓慢沉降中对水体中的重金属也达到了修复的作用，去除率达到预期效果和要求，底泥重金属浸出率较低，说明同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂覆盖也能有效防止重金属进入水体造成二次污染。
实施例5
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
图1是是本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂制备流程图。
如图1所示，要制备得到本发明的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂时，实现工艺流程如下：
第一步S1，混料，准备膨润土0.50kg、秸秆2.30kg、木质素磺酸钠1.0kg、羟基磷灰石0.50kg、石灰粉0.40kg、硫化钠0.40kg、聚乙烯醇0.15kg，将准备好的料放在反应容器中混合均匀，得到混合物料。
第二步S2，凝胶状物料制备，往混合物料中加入1.25L 10％氢氧化钠水溶液，80℃水浴加热混合物料，在充分搅拌下反应1.5小时，得到凝胶状物料；
第三步S3，破碎筛分，将第二步得到的凝胶状物料冷却至室温，加入1mol/L盐酸调节pH至中性，在60℃条件下烘干24小时，采用实验室密封锤式破碎机进行破碎，再用实验室筛分机筛分收集到粒径为1.5mm的颗粒物料。
第四步S4，煅烧，将第三步得到的颗粒物料，置于马弗炉中，在200℃下煅烧2小时，制得颗粒状的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂。
实施5例作用与效果
根据本实施制备例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂产品参数如下：产品密度为1.120g/cm3，呈颗粒状，羟基磷灰石为颗粒骨架，各组分干物质重量百分比分别为，秸秆46％，木质素磺酸20％，羟基磷灰石10％，膨润土10％，石灰粉8％，硫化钠4％，聚乙烯醇3％，根据本实施例制备上述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，主要原料为农作物废弃的秸秆，极大的利用了废物，而且节省了制作成本，制备工艺相比生物修复剂也简单。
根据本实施例得到的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂进行的实际修复试验：在已知重金属含量的被污染的水体中，将制得的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂与重金属污染水体底泥的体积比＝1:5，均匀地投加入待处理水域，待其沉降至底部后监测计算，得出上覆水中Cr(VI)的去除率59.75％、Cu(II)的去除率为88.54％，待稳定二周后监测计算得出底泥中Cr(VI)的浸出率为4.21％、Cu(II)的浸出率为2.17％；由于吸附矿化剂密度接近水，自然缓慢沉降中对水体中的重金属也达到了修复的作用，去除率达到预期效果和要求，底泥重金属浸出率较低，说明同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂覆盖也能有效防止重金属进入水体造成二次污染。
尽管上面对本发明说明书的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
包括以下组分物质：
秸秆，木质素磺酸，羟基磷灰石，膨润土、活性炭、石灰粉、硫化钠以及聚乙烯醇，各组分物质的干物质重量百分比分别为：
其中，所述秸秆为主料，所述木质素磺酸为辅料，所述羟基磷灰石为骨架；
所述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的密度为1.015-1.120g/cm3，
所述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的制备方法为：
步骤一，凝胶状物料制备，
将所述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂的各所述组分物质混合后得到混合物料，所述混合物料与氢氧化钠水溶液混合后，进行加热反应，反应温度60-80℃，反应时间1-2小时，然后得到凝胶状物料；
步骤二，破碎筛分，
将所述凝胶状物料调pH到中性烘干后，破碎筛分得到颗粒物料；
步骤三，煅烧，
将所述颗粒物料在温度200-300℃下煅烧2-3小时后，得到所述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂。
2.如权利要求1所述的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
其中，所述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂呈颗粒状。
3.如权利要求1-2任一项所述的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
所述混合物料为所述同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂中各组分物质按所述干物质重量百分比进行混合得到。
4.如权利要求1-2任一项所述的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
其中，所述氢氧化钠水溶液中的氢氧化钠的质量百分比为10％，所述氢氧化钠水溶液与所述混合物料的质量比例为1:4。
5.如权利要求1-2任一项所述的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
其中，所述加热反应方式为水浴加热。
6.如权利要求1-2任一项所述的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
其中，所述烘干温度为60℃。
7.如权利要求1-2任一项所述的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
其中，所述颗粒物料的颗粒粒度为1-2mm。
8.如权利要求1-2任一项所述的同步修复水体及其底泥的重金属吸附矿化剂，其特征在于：
其中，所述煅烧的装置为马弗炉。
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