CN106398709A - 一种重金属固定剂及该固定剂去除土壤中重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种重金属固定剂，将炭纳米材料浸润在磁性金属盐溶液中8～10h,蒸除溶剂，在800～900℃炭化2～4h，得到磁性炭纳米材料；所述磁性炭纳米材料比表面积200～1000m2/g，粒度为300～1500μm，磁性炭纳米材料中炭纳米材料的重量百分比为50～85％。在重金属污染土壤中按照1kg土壤湿重加入0.1～1.0kg重金属固定剂，并充分混合，重金属固定剂在土壤中均匀分布，铺设深度为10～20cm，吸附时间为30～60天，在磁场作用下，将络合重金属的重金属固定剂与土壤进行分离，吸附处理后的土壤进行回填。本发明从根本上解决了现有重金污染土壤治理技术存在的治理成本高、工程量大、易造成二次污染和治理周期长等不足，具有环境友好、工艺流程简单、修复成本低廉等特点。

Description

一种重金属固定剂及该固定剂去除土壤中重金属的方法
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤修复领域，特别涉及一种重金属固定剂及该固定剂去除土壤中重金属的方法。
背景技术
随着工业发展和农业生产的现代化，重金属污染已经成为一个维护全球环境质量的主要问题。有关资料显示，1998年我国受重金属污染的耕地面积近2000万hm2，导致每年粮食减产1000多万吨，受污染粮食多达1200多万吨，合计经济损失达200亿元。由重金属污染引发的生态负效应、农产品安全、人体健康和绿色贸易壁垒等问题已引起广泛关注。
土壤中重金属污染具有长期性，隐蔽性和不可逆性的特点，土壤一旦被重金属污染，后续的治理将非常困难。因此，对重金属污染土壤进行改良修复已成为土壤学和环境领域的重要研究内容。目前，重金属污染土壤的修复技术主要包括工程修复、化学修复和生物修复。其中工程修复主要指换土、翻土、去表土等，属于物理修复工程措施。工程修复是一种治本措施，但存在投资大，二次污染和导致土壤肥力降低等问题，适于小面积重度污染土壤的治理。化学修复时指向被污染的土壤中投入改良剂，通过对重金属的氧化还原、拮抗、沉淀和媳妇作用，从而降低重金属对植物的有效性。化学修复的关键在于找到经济有效的化学固定剂。传统的化学固定剂有磷酸盐、石灰、黏土矿物、粉煤灰、泥炭等。已有的固定剂在修复过程中对单一重金属污染的土壤处理效果比较显著，但对于多种重金属的污染土壤处理效果并不突出。同时，在土壤条件改变时，传统的固定剂稳定性不佳，容易导致土壤的二次污染。生物修复方面主要利用生物消减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。生物修复以植物修复为主，主要利用超富集植物对污染土壤进行治理，可以从根本上解决土壤的重金属污染问题。生物修复既能避免二次污染的产生，又能美化环境，降低成本，效果突出，但超富集植物往往只能积累某种重金属，对多种金属污染的土壤往往无能为力，而且植物生长缓慢，种类有限，限制了生物修复技术的广泛应用。因此，有必要开发一种快速、稳定的修复方法，对多种重金属污染土壤进行经济有效的修复。
现有化学修复技术的主要缺点是：1)传统的固定剂对于多种重金属污染的土壤处理效果并不突出。2)在土壤条件改变或受到植物根系分泌液影响时，传统的固定剂稳定性不佳，容易导致土壤的二次污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决现有技术不足，提供一种吸附处理土壤重金属的方法，该方法从根本上解决了现有重金污染土壤治理技术存在的治理成本高、工程量大、易造成二次污染和治理周期长等不足，具有环境友好、工艺流程简单、修复成本低廉等特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种重金属固定剂，将炭纳米材料浸润在磁性金属盐溶液中8～10h,蒸除溶剂，在800～900℃炭化2～4h，得到磁性炭纳米材料；所述磁性炭纳米材料比表面积200～1000m2/g，粒度为300～1500μm，磁性炭纳米材料中炭纳米材料的重量百分比为50～85％。
所述的炭纳米材料为沥青基、高分子树脂基、生物基中的一种或几种。
所述的磁性金属盐溶液中金属离子为铁、钴、镍或其氧化物中的一种或几种。
一种重金属固定剂去除土壤中重金属的方法，在重金属污染土壤中按照1kg土壤湿重加入0.1～1.0kg重金属固定剂，并充分混合，重金属固定剂在土壤中均匀分布，铺设深度为10～20cm，吸附时间为30～60天，在磁场作用下，将络合重金属的重金属固定剂与土壤进行分离，吸附处理后的土壤进行回填。
所述的重金属污染土壤中包含镉、铅、锌、镍、铜离子中的一种或几种。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明方法所有的磁性炭纳米材料，具有炭包覆结构，结构稳定，且比表面积达到200m2/g以上。
2、该重金属固定剂具有磁性，因而在外部磁场作用下便能够实现快速分离，从而不产生二次污染。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：
以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。
实施例1：
一种重金属固定剂为煤沥青基磁性炭纳米材料，将沥青基活性炭浸润在30％三氯化铁的醇溶液中8h,蒸除溶剂，在800℃炭化2h，得到磁性炭纳米材料。比表面积1000m2/g，粒度为600μm，磁性材料的重量百分比为15％，炭纳米材料的重量百分比为85％.
将上述重金属固定剂与重金属污染土壤按照0.1kg重金属固定剂/kg土壤(湿重)，充分混合，使磁性炭纳米材料在土壤中均匀分布，铺设深度为10～20cm，土壤中重金属离子经过迁移与炭纳米材料充分接触并对其进行吸附固定，炭纳米材料在土壤中吸附60天后，在磁场作用下，将络合重金属的磁性炭纳米材料与土壤进行有效分离，吸附处理后土壤进行回填。重金属污染土壤处理前后各元素含量及去除率见表一。
实施例2:
一种重金属固定剂为生物质基磁性炭纳米材料，将沥青基活性炭(生物基和沥青基矛盾)浸润在20％乙酰丙酮钴的醇溶液中9h,蒸除溶剂，在850℃炭化3h，得到磁性炭纳米材料。比表面积600m2/g，粒度为1000μm，磁性材料的重量百分比为10％，炭纳米材料的重量百分比为90％.
将上述重金属固定剂与重金属污染土壤按照0.5kg重金属固定剂/kg土壤(湿重)，充分混合，使磁性炭纳米材料在土壤中均匀分布，铺设深度为10～20cm，土壤中重金属离子经过迁移与炭纳米材料充分接触并对其进行吸附固定，炭纳米材料在土壤中吸附45天后，在磁场作用下，将络合重金属的磁性炭纳米材料与土壤进行有效分离，吸附处理后土壤进行回填。重金属污染土壤处理前后各元素含量及去除率见表一。
实施例3:
一种重金属固定剂为树脂基磁性炭纳米材料，将沥青基活性炭浸润在30％乙酰丙酮镍的醇溶液中10h,蒸除溶剂，在900℃炭化2h，得到磁性炭纳米材料。比表面积200m2/g，粒度为1500μm，磁性材料的重量百分比为30％，炭纳米材料的重量百分比为70％.
将重金属固定剂与重金属污染土壤按照1.0kg重金属固定剂/kg土壤(湿重)，充分混合，使磁性炭纳米材料在土壤中均匀分布，铺设深度为10～20cm，土壤中重金属离子经过迁移与炭纳米材料充分接触并对其进行吸附固定，炭纳米材料在土壤中吸附30天后，在磁场作用下，将络合重金属的磁性炭纳米材料进行有效分离，吸附处理后土壤进行回填。重金属污染土壤处理前后各元素含量及去除率见表一。
表1重金属含量及去除率
注：检测方法:Pb的测定参照GB/T17141～1997(火焰原子吸收分光光度法)；Cd的测定参照GB/T17137～1997(石墨炉原子吸收分光光度法)；Zn、Cu的测定参照GB/T17138～1997；Cr的测定参照GB/T17137～1997。

Claims (5)

1.一种重金属固定剂，其特征在于，将炭纳米材料浸润在磁性金属盐溶液中8～10h,蒸除溶剂，在800～900℃炭化2～4h，得到磁性炭纳米材料；所述磁性炭纳米材料比表面积200～1000m2/g，粒度为300～1500μm，磁性炭纳米材料中炭纳米材料的重量百分比为50～85％。
2.根据权利要求1所述的一种重金属固定剂，其特征在于，所述的炭纳米材料为沥青基、高分子树脂基、生物基中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种重金属固定剂，其特征在于，所述的磁性金属盐溶液中金属离子为铁、钴、镍或其氧化物中的一种或几种。
4.一种重金属固定剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于，在重金属污染土壤中按照1kg土壤湿重加入0.1～1.0kg重金属固定剂，并充分混合，重金属固定剂在土壤中均匀分布，铺设深度为10～20cm，吸附时间为30～60天，在磁场作用下，将络合重金属的重金属固定剂与土壤进行分离，吸附处理后的土壤进行回填。
5.根据权利要求4所述的一种重金属固定剂去除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述的重金属污染土壤中包含镉、铅、锌、镍、铜离子中的一种或几种。
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