CN106552818A - 一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，本发明以生物质原料作为造孔剂，用骨粉中的羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)作为吸附重金属的原料提供了一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与应用技术。本发明工艺简单，成本低，无污染，充分利用庞大的生物质资源，又有效地吸收土壤含有的重金属，采用泡沫陶瓷，其气孔率高、比表面积大、吸收效果好等优势；采用的天然骨粉中丰富的Ca和P是人体必需的常量矿物元素，不但修复土壤重金属问题，而且改善土壤成分。

Description

一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使 用方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法。
背景技术
过去的50年中,大约有2.2万t的Cr,9.39×105t的Cu,7.83×105t的Pb和1.35×106t的Zn排放到全球环境中，其中大部分进入土壤，引起了土壤重金属污染。随着我国工业和城市化的不断发展，工业和生活废水排放、污水灌溉，汽车废气排放等造成的土壤重金属污染问题也日益严重。重金属污染不仅能够引起土壤的组成、结构和功能的变化，还能够抑制作物根系生长和光合作用，致使作物减产甚至绝收。更为重要的是，重金属还可能通过食物链迁移到动物、人体内，严重危害动物、人体健康。镉米、砷毒、血铅等重金属污染危害近年来常见诸报道，土壤重金属污染已经成为土壤污染中倍受关注的公共问题之一。
通过计算8种土壤重金属元素发生污染的概率,可以明晰我国耕地主要的土壤重金属污染元素。可知，Cd元素是当前我国耕地土壤重金属污染的最主要元素，污染发生概率为25.20%,远远超过其他7种土壤重金属。其次，Ni和Hg元素也具有比较高的污染概率，分别为5.17%和3.31%；也有部分案例区发生As元素和Pb元素的污染,概率分别为0.92%和0.72%。相对来说，Zn、Cr和Cu元素发生污染的概率较小。
动物骨粉一般是灰白色粉末，不溶于水，植物利用很慢，特别在石灰性土壤中，但在酸性土壤中则较快。可作基肥，混入堆肥或厩肥中发酵后施用，可提高肥效。也可用作动物饲料和牙膏含磷添加剂。骨粉中含有丰富的矿物质，最主要的是羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)，在其表面还吸附了Ca2＋、Mg2＋、Na＋、Cl－、HCO－、F－及柠檬酸根等离子。更为重要的是，骨粉中丰富的Ca和P是人体必需的常量矿物元素。
发明专利申请《采用秸秆为原料的土壤修复剂、制备方法和用途（CN201410076204.3）》公开了一种采用秸秆为原料的土壤修复剂、制备方法和用途，所述土壤修复剂由以下步骤制成，混合生物碳、秸秆和土壤，得到堆肥原料；将堆肥原料进行堆肥处理，得到所述土壤修复剂。类似的发明专利申请《一种生物质炭基土壤修复剂及其制备方法（CN201310238190.6）》公开了一种生物质炭基土壤修复剂，包括光催化氧化剂和载体。光催化氧化剂为二氧化钛，载体为生物质炭。还涉及该种生物质炭基土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤，A.粉碎原料；B.生物质材料的制备；C.生物质炭基土壤修复剂的制备。此发明的生物质炭基土壤修复剂是一种新型的土壤修复剂，特别适合于有机物污染土壤的修复。这两个专利都用了生物碳吸附重金属的作用，而未见使用动物骨粉的报道。
研究发现动物骨粉中羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)的吸附效果更明显，因此本发明以生物质作为造孔剂，利用动物骨粉吸附重金属的泡沫陶瓷修复剂，其效果更好，工艺简单，成本低，无污染，给土壤修补矿物元素，是绿色土壤修复剂。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，该土壤修复剂效果更好，工艺简单，成本低，无污染，有效给土壤修补矿物元素。
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于，其制备方法步骤如下：
步骤一、生物质原料准备：将树叶（梧桐树叶、竹叶、松树叶、柳树叶、杨树叶等）粉碎，过筛，得100目～200目筛树叶粉备用；
步骤二、骨粉制备：将干净的动物骨头（牛骨头、羊骨头、猪骨头等）粉碎，过筛，得80目～100目骨粉备用；
步骤三、泡沫陶瓷胚体制备：取粘土矿物100份，制备好的树叶粉5～10份，碱金属碳酸盐或碳酸氢盐3～10份，步骤2骨粉10份～20份,清水90份～100份，经过球粒机捏合成直径1cm～3cm的球状陶瓷胚体，在通风环境下阴干至陶瓷胚体含水率低于15%～18%；
步骤四、电气炉烧结：取步骤3风干的陶瓷胚体1500g～2000g，放入温度为1000～1200℃得电气炉中，连续烧结60min～120min，成为抗压强度高，孔隙率达到60%～80%，开孔率高达95%以上，空隙内壁含有大量活性磷酸盐结合位点的泡沫状陶瓷球体。
本发明所述的一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与应用方法，步骤1中树叶包括梧桐树叶、竹叶、松树叶、柳树叶、杨树叶；步骤2中的动物骨头包括牛骨头、羊骨头、猪骨头；步骤3中碱金属元素包括锂、钠、钾。
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于，其使用方法为：依据旱地耕作层重金属污染程度，每亩均匀施用步骤4制成的泡沫陶瓷球500～2000kg，通过犁耙等常规耕作措施，陶瓷球与吸附在耕作层黏土矿物上的重金属离子Cd、Pb、Hg、Cu等发生离子交换，释放出易溶于水的K、Na、Ca、Mg离子，而将Cd、Pb、Hg、Cu离子则与泡沫陶瓷球空隙中的骨粉中的羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)吸收形成溶解度极低的形态而惰化；在连续数年的耕作过程中，被重金属饱和的泡沫陶瓷球在重力作用下，逐步向下迁移出水田耕作层。
本发明的有益效果是，1、泡沫陶瓷是具有三维空间网架结构的高气孔率的多孔陶瓷体，由于它具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能；2、本发明采用骨粉来吸收重金属，骨粉中含有丰富的矿物质，最主要的是羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)，在其表面还吸附了Ca2＋、Mg2＋、Na＋、Cl－、HCO－、F－及柠檬酸根等离子。更为重要的是，骨粉中丰富的Ca和P是人体必需的常量矿物元素。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其制备方法步骤如下：
步骤一、生物质原料准备：将梧桐树叶粉碎，过筛，得100目～200目筛树叶粉备用；
步骤二、骨粉制备：将干净的牛骨头粉碎，过筛，得80目～100目骨粉备用；
步骤三、泡沫陶瓷胚体制备：取粘土矿物100份，制备好的梧桐树叶粉5份，碱金属碳酸盐或碳酸氢盐3份，步骤2牛骨粉10份,清水90份，经过球粒机捏合成直径1cm的球状陶瓷胚体，在通风环境下阴干至陶瓷胚体含水率低于16%；
步骤四、电气炉烧结：取步骤3风干的陶瓷胚体1500g，放入温度为1000℃得电气炉中，连续烧结120min，成为抗压强度高，孔隙率达到80%，开孔率高达95%以上，空隙内壁含有大量活性磷酸盐结合位点的泡沫状陶瓷球体。
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于，其使用方法为：依据旱地耕作层重金属污染程度，每亩均匀施用步骤4制成的泡沫陶瓷球500kg，通过犁耙等常规耕作措施，陶瓷球与吸附在耕作层黏土矿物上的重金属离子Cd、Pb、Hg、Cu等发生离子交换，释放出易溶于水的K、Na、Ca、Mg离子，而将Cd、Pb、Hg、Cu离子则与泡沫陶瓷球空隙中的骨粉中的羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)吸收形成溶解度极低的形态而惰化；在连续数年的耕作过程中，被重金属饱和的泡沫陶瓷球在重力作用下，逐步向下迁移出水田耕作层。
实施例2：
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其制备方法步骤如下：
步骤一、生物质原料准备：将竹叶粉碎，过筛，得100目～200目筛树叶粉备用；
步骤二、骨粉制备：将干净的羊骨头粉碎，过筛，得80目～100目骨粉备用；
步骤三、泡沫陶瓷胚体制备：取粘土矿物100份，制备好的竹叶粉10份，碱金属碳酸盐或碳酸氢盐10份，步骤2羊骨粉20份,清水100份，经过球粒机捏合成直径3cm的球状陶瓷胚体，在通风环境下阴干至陶瓷胚体含水率低于15%；
步骤四、电气炉烧结：取步骤3风干的陶瓷胚体2000g，放入温度为1200℃得电气炉中，连续烧结100min，成为抗压强度高，孔隙率达到70%，开孔率高达95%以上，空隙内壁含有大量活性磷酸盐结合位点的泡沫状陶瓷球体。
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于，其使用方法为：依据旱地耕作层重金属污染程度，每亩均匀施用步骤4制成的泡沫陶瓷球2000kg，通过犁耙等常规耕作措施，陶瓷球与吸附在耕作层黏土矿物上的重金属离子Cd、Pb、Hg、Cu等发生离子交换，释放出易溶于水的K、Na、Ca、Mg离子，而将Cd、Pb、Hg、Cu离子则与泡沫陶瓷球空隙中的骨粉中的羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)吸收形成溶解度极低的形态而惰化；在连续数年的耕作过程中，被重金属饱和的泡沫陶瓷球在重力作用下，逐步向下迁移出水田耕作层。
实施例3：
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其制备方法步骤如下：
步骤一、生物质原料准备：将松树叶粉碎，过筛，得100目～200目筛树叶粉备用；
步骤二、骨粉制备：将干净的猪骨头粉碎，过筛，得80目～100目骨粉备用；
步骤三、泡沫陶瓷胚体制备：取粘土矿物100份，制备好的松树叶粉7份，碱金属碳酸盐或碳酸氢盐7份，步骤2猪骨粉15份,清水95份，经过球粒机捏合成直径2cm的球状陶瓷胚体，在通风环境下阴干至陶瓷胚体含水率低于18%；
步骤四、电气炉烧结：取步骤3风干的陶瓷胚体1700g，放入温度为1100℃得电气炉中，连续烧结80min，成为抗压强度高，孔隙率达到60%，开孔率高达95%以上，空隙内壁含有大量活性磷酸盐结合位点的泡沫状陶瓷球体。
一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于，其使用方法为：依据旱地耕作层重金属污染程度，每亩均匀施用步骤4制成的泡沫陶瓷球1250kg，通过犁耙等常规耕作措施，陶瓷球与吸附在耕作层黏土矿物上的重金属离子Cd、Pb、Hg、Cu等发生离子交换，释放出易溶于水的K、Na、Ca、Mg离子，而将Cd、Pb、Hg、Cu离子则与泡沫陶瓷球空隙中的骨粉中的羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)吸收形成溶解度极低的形态而惰化；在连续数年的耕作过程中，被重金属饱和的泡沫陶瓷球在重力作用下，逐步向下迁移出水田耕作层。
本发明不限于以上实施例，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思和原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于，其制备方法步骤如下：
步骤一、生物质原料准备：将树叶粉碎，过筛，得100目～200目筛树叶粉备用；
步骤二、骨粉制备：将干净的动物骨头粉碎，过筛，得80目～100目骨粉备用；
步骤三、泡沫陶瓷胚体制备：取粘土矿物100份，制备好的树叶粉5～10份，碱金属碳酸盐或碳酸氢盐3～10份，步骤2骨粉10份～20份,清水90份～100份，经过球粒机捏合成直径1cm～3cm的球状陶瓷胚体，在通风环境下阴干至陶瓷胚体含水率低于15%～18%；
步骤四、电气炉烧结：取步骤3风干的陶瓷胚体1500g～2000g，放入温度为1000～1200℃得电气炉中，连续烧结60min～120min，成为抗压强度高，孔隙率达到60%～80%，开孔率高达95%以上，空隙内壁含有大量活性磷酸盐结合位点的泡沫状陶瓷球体。
2.一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于，其使用方法为：依据旱地耕作层重金属污染程度，每亩均匀施用步骤4制成的泡沫陶瓷球500～2000kg，通过犁耙等常规耕作措施，陶瓷球与吸附在耕作层黏土矿物上的重金属离子Cd、Pb、Hg、Cu等发生离子交换，释放出易溶于水的K、Na、Ca、Mg离子，而将Cd、Pb、Hg、Cu离子则与泡沫陶瓷球空隙中的骨粉中的羟磷灰石晶体[Ca10(PO4)6(OH)2]和无定型磷酸氢钙(CaHPO4)吸收形成溶解度极低的形态而惰化；在连续数年的耕作过程中，被重金属饱和的泡沫陶瓷球在重力作用下，逐步向下迁移出水田耕作层。
3.根据权利要求1所述的一种清除旱地重金属污染的泡沫陶瓷土壤修复剂的制备与使用方法，其特征在于：步骤1中树叶包括梧桐树叶、竹叶、松树叶、柳树叶、杨树叶；步骤2中的动物骨头包括牛骨头、羊骨头、猪骨头；步骤3中碱金属元素包括锂、钠、钾。
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