CN108359469A - 炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法 - Google Patents

炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，包括以下步骤，将钼酸钠、柠檬酸三钠、水按照比例混合配置再生液A，超声分散均匀；将酒石酸钾钠、冰醋酸、水按照比例混合配置再生液B，将所述炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂固体加入再生液A，超声后，过滤，取固体；将固体加入再生液B，超声后，加入微波反应器，反应20‑40分钟后，过滤除去液体，取固体；将制得的固体在氮气条件下高温煅烧，完成再生；经再生的土壤修复剂再次用于镉、多环芳烃双重污染的土壤修复时，仍然具备良好的修复效果和较高的回收率，可循环利用，节约成本，绿色环保。

Description

炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生 方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法。
背景技术
在土壤修复行业，已有的土壤修复技术达到一百多种，常用技术也有十多种，大致可分为物理、化学和生物三种方法。从根本上说，污染土壤修复的技术原理可包括为：(1)改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；(2)降低土壤中有害物质的浓度。
中国专利CN201710915593.8公开了一种重金属镉和多环芳烃污染农田土壤的原位修复方法，将炭包覆多孔泡沫铁微细颗粒与过氧化物和植酸钠的混合物撒入受污染土壤；将双氧水溶液喷入受污染土壤，将土壤中的多环芳烃和重金属镉等污染物富集并去除；再将炭包覆多孔泡沫铁微细颗粒回收。但该方法先配置混合物，再喷洒双氧水，操作复杂，且对多环芳烃去除率较低；炭包覆多孔泡沫铁微细颗粒为芬顿氧化反应提供二价铁转化成三价铁，产生消耗，植酸钠作为一种高效螯合剂，可螯合重金属镉，形成稳定的螯合物沉积于炭包覆多孔泡沫铁表面，因此修复剂回收率低，且难以再生。
发明内容
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，包括以下步骤，
S1、配置再生液A：将钼酸钠、柠檬酸三钠、水按照摩尔比为0.2-0.4:0.8:87.6的比例混合，超声分散均匀；
S2、配置再生液B：将酒石酸钾钠、冰醋酸、水按照摩尔比为0.27-0.81:0.15-0.45:120的比例混合，超声分散均匀；
S3、将所述炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂固体加入再生液A，超声3-5小时后，过滤，取固体；
S4、将步骤3得到的固体加入再生液B，超声0.5-1小时后，加入微波反应器，反应20-40分钟后，过滤除去液体，取固体；
S5、将步骤4制得的固体在氮气条件下高温煅烧。
优选地，步骤3超声时，维持温度在25-45℃。
优选地，步骤3制得的固体先用纯水洗涤2-4次后，再加入再生液B中。
优选地，步骤4微波反应的功率为500-800W。
优选地，步骤5高温煅烧的条件为320℃煅烧2小时，升温至360℃煅烧1小时。
优选地，步骤3、步骤4中，固体与液体的比例为1-2:10。
优选地，所述炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的制备方法为：将微晶纤维素均匀分散于水中，加入氯化铁、氯化亚铁，调节pH至5.5-6.5，制成溶液A；所述溶液A中，微晶纤维素的质量分数为2.4％，氯化铁、氯化亚铁、水的摩尔比为1:0.52:90；将壳聚糖溶解于冰醋酸后，加入钛酸四丁脂，制成溶液B；所述溶液B中壳聚糖的质量分数为5.5％，冰醋酸与钛酸四丁脂体积比为5:3；将所述溶液A中通入氨气，同时在高速搅拌条件(240-300rpm)下，缓慢滴加溶液B，每分钟滴加1mL，均匀滴加；所述溶液A与溶液B的体积比为100:10；滴加完毕后，继续通入氨气2-3小时后，通入氮气，并75-85℃条件下加热2-3小时，冷却过滤，将固体干燥、研细；将制得固体进行高温煅烧，300℃煅烧2小时，升温至350℃煅烧1小时；冷却，制成所述土壤修复剂。
相对于现有技术，本发明的优点如下，
本发明炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，可对土壤修复剂进行再生，经再生的土壤修复剂再次用于镉、多环芳烃双重污染的土壤修复时，仍然具备良好的修复效果和较高的回收率，可循环利用，节约成本，绿色环保。
具体实施方式
实施例1：
炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的制备方法：将微晶纤维素均匀分散于水中，加入氯化铁、氯化亚铁，调节pH至5.5-6.5，制成溶液A；所述溶液A中，微晶纤维素的质量分数为2.4％，氯化铁、氯化亚铁、水的摩尔比为1:0.52:90；将壳聚糖溶解于冰醋酸后，加入钛酸四丁脂，制成溶液B；所述溶液B中壳聚糖的质量分数为5.5％，冰醋酸与钛酸四丁脂体积比为5:3；将所述溶液A中通入氨气，同时在高速搅拌条件(240-300rpm)下，缓慢滴加溶液B，每分钟滴加1mL，均匀滴加；所述溶液A与溶液B的体积比为100:10；滴加完毕后，继续通入氨气2-3小时后，通入氮气，并75-85℃条件下加热2-3小时，冷却过滤，将固体干燥、研细；将制得固体进行高温煅烧，300℃煅烧2小时，升温至350℃煅烧1小时；冷却，制成所述土壤修复剂。
实施例2：
将实施例1制备的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂用于镉-多环芳烃复合污染土壤的修复：
待修复的土壤中镉含量为84mg/kg，多环芳烃含量为353mg/kg，将待修复的土壤研细(粒径小于5mm)，重量含水率调节至15％，加入所述土壤修复剂搅拌、加热3-4小时，并保持体系中含水率为15％；其中加入土壤修复剂与待修复土壤的体积比为4:90；
将经步骤2处理的土壤进行紫外灯照射12-24小时，期间保持体系中含水率为15％；
将修复的土壤烘干、研细，放入磁场中进行磁分离；对修复后的土壤进行分析检测，其中，镉去除率为94.2％，多环芳烃去除率为95.6％；对土壤修复剂回收率进行计算得出，土壤修复剂回收率高达94.2％。
实施例3：
将实施例2回收到的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂进行再生方法，包括以下步骤，
S1、配置再生液A：将钼酸钠、柠檬酸三钠、水按照摩尔比为0.3:0.8:87.6的比例混合，超声分散均匀；
S2、配置再生液B：将酒石酸钾钠、冰醋酸、水按照摩尔比为0.54:0.30:120的比例混合，超声分散均匀；
S3、将所述炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂固体加入再生液A，固体与液体的体积比为1:10，超声3-5小时，期间维持温度在35℃左右，过滤，用纯水洗涤2-4次后，取固体；
S4、将步骤3得到的固体加入再生液B，固体与液体的体积比为1:10，超声0.5-1小时后，加入微波反应器，功率为600W，反应30分钟后，过滤除去液体，取固体；
S5、氮气条件下高温煅烧，煅烧的条件为320℃煅烧2小时，升温至360℃煅烧1小时，完成再生。
实施例4：
同实施例3，仅仅调节再生液A、再生液B的组成：
组别 钼酸钠、柠檬酸三钠、水的摩尔比 酒石酸钾钠、冰醋酸、水的摩尔比
A组 0.2:0.8:87.6 0.27:0.15:120
B组 0.4:0.8:87.6 0.81:0.45:120
C组 0(省略步骤3) 0.54:0.30:120
D组 0.3:0.8:87.6 0(省略步骤4)
E组 0.1:0.8:87.6 0.18:0.10:120
F组 0.5:0.8:87.6 0.11:0.60:120
实施例5：
同实施例3，仅调节步骤3超声时，体系的温度：
A组：25℃；
B组：45℃；
C组：15℃；
D组：55℃。
实施例6：
同实施例3，仅调节步骤4微波反应的功率为：
A组：500-800W，20-40min；
B组：500-800W，20-40min。
实施例7：
同实施例3，仅调节步骤3、步骤4中，固体与液体的比例为：
A组：2:10；
B组：0.5:10；
C组：4:10；
对比例1：
同实施例3，省略其中步骤5。
实施例8：
将经实施例1制备的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂、实施例2回收的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂、实施例3-7、对对比例1再生的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂采用实施例2的修复方法用于镉-多环芳烃复合污染土壤的修复，待修复的土壤中镉含量为84mg/kg，多环芳烃含量为353mg/kg，修复完成后，分别对镉、多环芳烃的含量进行检测，并对镉、多环芳烃的去除率，土壤修复剂的回收率进行计算，结果如表1所示：
表1
*上表中组别：实施例2回收，是指实施例2回收到的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂不经再生，直接用于土壤修复；炭包覆多孔泡沫铁微细颗粒，是指用于土壤修复后回收的炭包覆多孔泡沫铁微细颗粒经采用实施例3的方法再生后，用于土壤修复。
由表1可知，本发明的再生方法对炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂具有良好的再生效果(实施例3、实施例4-A、B组、实施例5-A、B组、实施例6-A、B组、实施例7-A组)，再生后的土壤修复剂对土壤中的镉、多环芳烃具有显著的修复效果，且修复剂的回收率高，可循环使用，有效节约成本；技术方案中，通过步骤3、4、5三步进行再生；每个步骤均对修复剂的再生效果产生重要影响(实施例4-C、D组、对比例1)；再生液A、B的组成(实施例4-A、B、E、F组)、步骤3的温度(实施例5)、步骤3、步骤4中，固体与液体的比例(实施例7)也是本发明技术效果的重要影响因素。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、配置再生液A：将钼酸钠、柠檬酸三钠、水按照摩尔比为0.2-0.4:0.8:87.6的比例混合，超声分散均匀；
S2、配置再生液B：将酒石酸钾钠、冰醋酸、水按照摩尔比为0.27-0.81:0.15-0.45:120的比例混合，超声分散均匀；
S3、将所述炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂固体加入再生液A，超声3-5小时后，过滤，取固体；
S4、将步骤3得到的固体加入再生液B，超声0.5-1小时后，加入微波反应器，反应20-40分钟后，过滤除去液体，取固体；
S5、将步骤4制得的固体在氮气条件下高温煅烧。
2.如权利要求1所述的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，其特征在于，步骤3超声时，维持温度在25-45℃。
3.如权利要求1所述的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，其特征在于，步骤3制得的固体先用纯水洗涤2-4次后，再加入再生液B中。
4.如权利要求1所述的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，其特征在于，步骤4微波反应的功率为500-800W。
5.如权利要求1所述的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，其特征在于，步骤5高温煅烧的条件为320℃煅烧2小时，升温至360℃煅烧1小时。
6.如权利要求1所述的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，其特征在于，步骤3、步骤4中，固体与液体的比例为1-2:10。
7.如权利要求1所述的炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的再生方法，其特征在于，所述炭气凝胶/四氧化三铁/二氧化钛复合纳米土壤修复剂的制备方法为：将微晶纤维素均匀分散于水中，加入氯化铁、氯化亚铁，调节pH至5.5-6.5，制成溶液A；所述溶液A中，微晶纤维素的质量分数为2.4％，氯化铁、氯化亚铁、水的摩尔比为1:0.52:90；将壳聚糖溶解于冰醋酸后，加入钛酸四丁脂，制成溶液B；所述溶液B中壳聚糖的质量分数为5.5％，冰醋酸与钛酸四丁脂体积比为5:3；将所述溶液A中通入氨气，同时在高速搅拌条件(240-300rpm)下，缓慢滴加溶液B，每分钟滴加1mL，均匀滴加；所述溶液A与溶液B的体积比为100:10；滴加完毕后，继续通入氨气2-3小时后，通入氮气，并75-85℃条件下加热2-3小时，冷却过滤，将固体干燥、研细；将制得固体进行高温煅烧，300℃煅烧2小时，升温至350℃煅烧1小时；冷却，制成所述土壤修复剂。
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