CN107629801A - 一种重金属土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属土壤改良剂及其制备方法，由农林废弃物、磷石膏、石墨烯、硫化钠、透辉石、氯化铁等原料制成，本发明制备的重金属土壤改良剂能保证在使用中土壤安全，无二次污染，而且价格低廉，在实际的土壤修复工程应用可行性高，实现土壤中重金属离子的固化，限制污染的传递，是一种快速高效的安全环保型重金属污染土壤改良剂，具有显著的环境效益及广阔的市场前景。

Description

一种重金属土壤改良剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，尤其涉及一种重金属土壤改良剂及其制备方法。

背景技术

随着工农业快速发展和城市进程的不断加快，从工农业及日常生活中排放出来的重金属不断增加，土壤受重金属污染也日益严重。重金属污染物在土壤中移动性很小，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大。据我国农业部统计，我国受重金属污染的土地约占总耕地面积的1/5，每年因重金属污染而造成的粮食损失超过2000万吨，由此造成的经济损失达到200亿元。因此，目前我国土壤重金属污染问题已经严重威胁到我们农产品的安全生产，需要对污染土壤进行修复。

污染土壤的治理方法有生物修复及工程措施等。工程治理措施往往因工程量大、费用高，并且有可能对土壤生态功能造成破坏而受到限制；生物修复虽然具有实施简单、无污染等优点，但也只是对中轻度污染有修复效果，而且难以在短期内难以达到修复效果。

纳米技术是在20世纪80年代发展起来的。近年来纳米技术在环境科学领域获得了广泛的应用，给环境污染现象的微观过程与机理研究注入了新的活力。纳米铁因其特殊的性能日益引起重视。纳米零价铁颗粒粒径较小，大小为1-100nm。随着粒子直径的减小，表面原子数占总原子数的比例急剧增加，纳米粒子的表面积和表面能也迅速增大。这使得纳米铁颗粒具备优于零价铁的一些新性能，可有效降解多种环境污染物。然而，纳米零价铁颗粒的表面能较高，其颗粒为了更稳定的存在而易于发生团聚，形成亚微米级或者是微米级的较大颗粒，导致零价铁比表面积和氧化还原电势增加，从而降低污染物去除效率，失去其作为纳米材料的优势。这就限制了零价纳米铁在污染修复方面的应用。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种重金属土壤改良剂及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种重金属土壤改良剂，通过以下方法制备：

（1）取农林废弃物堆放置于发酵池中，加水发酵处理，期间每隔10-15天将堆料里外翻动一次，至堆料充分腐熟后收集备用；

（2）将步骤1所得腐熟堆料和磷石膏按质量比3-4：1混合后粉碎过100-120目筛，再与石墨烯、硫化钠按质量比（10-12）：（1-1.5）：（3-4）混合搅拌20-30分钟，混合均匀后粉碎干燥备用；

（3）将透辉石送入球磨机中研磨过200-220目筛，将筛下的透辉石粉末与碳酸钙等质量混合后加水搅拌均匀，将混合均匀的混合物在100-110℃下烘干，再将其送入焙烧炉中，以20-25℃/分升温至1000-1100℃并保持1小时以上，之后将焙烧好的产品自然冷却至室温，充分磨细后备用；

（4）将步骤3所得焙烧粉末与氯化铁按质量比6：（4-5）共同投入3-4倍质量的30%乙醇溶液中，不断搅拌10-12小时，再向混合液中加入2-2.5倍体积的0.8mol/L的硼氢化钠溶液，在氮气保护下继续搅拌30-40分钟，完成后真空抽滤，将所得固体先用水洗涤2-3次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗净的固体置于75-85℃环境下干燥12-16小时，磨细后得到改性透辉石-纳米零价铁复合粉料备用；

（5）将步骤2所得混合料和步骤4所得复合粉料按质量比6-8：1混合投入造粒机中造粒，将所得颗粒称重后包装，即得本发明土壤改良剂。

所述步骤3中透辉石使用前沉浸在1mol/L硝酸溶液中，在室温下振荡18-24小时，以除去可溶性杂质，之后用清水洗净，干燥后使用。

所述步骤4中在氮气保护下搅拌速率控制在180-220转/分。

所述步骤5中造粒后筛选粒径不大于2mm的颗粒产品作为成品，其余颗粒经二次粉碎后再次造粒。

所述重金属土壤改良剂的使用方法，将土壤改良剂与肥料混合撒施或单独撒施，每亩用量10-15千克，撒施后对土壤进行翻耕即可。

本发明的优点是：

本发明使用农林废弃物发酵的有机质来改善土壤结构、增加土壤孔隙度，提高土壤肥力，并利用磷石膏、石墨烯等维持土壤pH的稳定，提高改良剂的利用率和长期稳定性，高温改性后的透辉石有羟基基团进入分子结构中，颗粒呈不规则状，分散较开，同时颗粒表面有很多小孔和条纹，提高了比表面积，增加了吸附强度，与纳米零价铁结合后增加了分散度，减少了纳米零价铁的团聚，使其比表面积增加，因而活性位点数目增加，透辉石-纳米零价铁复合颗粒的存在使其可以对高价金属离子同时进行吸附和还原沉淀，其中的铁氧和氢氧化物与底泥中含有的氢氧基团通过表面络合作用将高价金属离子吸附在材料表面，实现土壤中重金属离子的固化，限制污染的传递，本发明制备的重金属土壤改良剂能保证在使用中土壤安全，无二次污染，而且价格低廉，在实际的土壤修复工程应用可行性高，是一种快速高效的安全环保型重金属污染土壤改良剂，具有显著的环境效益及广阔的市场前景。

具体实施方式

一种重金属土壤改良剂，通过以下方法制备：

（1）取农林废弃物堆放置于发酵池中，加水发酵处理，期间每隔10天将堆料里外翻动一次，至堆料充分腐熟后收集备用；

（2）将步骤1所得腐熟堆料和磷石膏按质量比3：1混合后粉碎过100目筛，再与石墨烯、硫化钠按质量比11：1：3混合搅拌20分钟，混合均匀后粉碎干燥备用；

（3）将透辉石沉浸在1mol/L硝酸溶液中，在室温下振荡18小时，以除去可溶性杂质，之后用清水洗净，干燥后送入球磨机中研磨过200目筛，将筛下的透辉石粉末与碳酸钙等质量混合后加水搅拌均匀，将混合均匀的混合物在100℃下烘干，再将其送入焙烧炉中，以20℃/分升温至1000℃并保持1小时以上，之后将焙烧好的产品自然冷却至室温，充分磨细后备用；

（4）将步骤3所得焙烧粉末与氯化铁按质量比3：2共同投入3倍质量的30%乙醇溶液中，不断搅拌10小时，再向混合液中加入2倍体积的0.8mol/L的硼氢化钠溶液，在氮气保护下以200转/分继续搅拌30分钟，完成后真空抽滤，将所得固体先用水洗涤2次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗净的固体置于75℃环境下干燥12小时，磨细后得到改性透辉石纳米零价铁复合粉料备用；

（5）将步骤2所得混合料和步骤4所得复合粉料按质量比6：1混合投入造粒机中造粒，筛选粒径不大于2mm的颗粒产品作为成品，其余颗粒经二次粉碎后再次造粒，将所得颗粒称重后包装，即得本发明土壤改良剂。

Claims (5)

1.一种重金属土壤改良剂，其特征在于通过以下方法制备：

（1）取农林废弃物堆放置于发酵池中，加水发酵处理，期间每隔10-15天将堆料里外翻动一次，至堆料充分腐熟后收集备用；

（2）将步骤1所得腐熟堆料和磷石膏按质量比3-4：1混合后粉碎过100-120目筛，再与石墨烯、硫化钠按质量比（10-12）：（1-1.5）：（3-4）混合搅拌20-30分钟，混合均匀后粉碎干燥备用；

（3）将透辉石送入球磨机中研磨过200-220目筛，将筛下的透辉石粉末与碳酸钙等质量混合后加水搅拌均匀，将混合均匀的混合物在100-110℃下烘干，再将其送入焙烧炉中，以20-25℃/分升温至1000-1100℃并保持1小时以上，之后将焙烧好的产品自然冷却至室温，充分磨细后备用；

（4）将步骤3所得焙烧粉末与氯化铁按质量比6：（4-5）共同投入3-4倍质量的30%乙醇溶液中，不断搅拌10-12小时，再向混合液中加入2-2.5倍体积的0.8mol/L的硼氢化钠溶液，在氮气保护下继续搅拌30-40分钟，完成后真空抽滤，将所得固体先用水洗涤2-3次，再用无水乙醇洗涤一次，将洗净的固体置于75-85℃环境下干燥12-16小时，磨细后得到改性透辉石-纳米零价铁复合粉料备用；

（5）将步骤2所得混合料和步骤4所得复合粉料按质量比6-8：1混合投入造粒机中造粒，将所得颗粒称重后包装，即得本发明土壤改良剂。

2.根据权利要求1所述的重金属土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中透辉石使用前沉浸在1mol/L硝酸溶液中，在室温下振荡18-24小时，以除去可溶性杂质，之后用清水洗净，干燥后使用。

3.根据权利要求1所述的重金属土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4中在氮气保护下搅拌速率控制在180-220转/分。

4.根据权利要求1所述的重金属土壤改良剂的制备方法，其特征在于，所述步骤5中造粒后筛选粒径不大于2mm的颗粒产品作为成品，其余颗粒经二次粉碎后再次造粒。

5.权利要求1-4任一项所述的重金属土壤改良剂的使用方法，其特征在于，将土壤改良剂与肥料混合撒施或单独撒施，每亩用量10-15千克，撒施后对土壤进行翻耕即可。