CN108841397A - 一种用于重金属污染农田的矿化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石6‑25份、醋酸铵1‑5份、碳酸钠5‑20份、水葫芦粉末4‑20份、蓖麻提取液10‑40份、硫化钠2‑8份、石灰2‑8份、环糊精1‑5份。本发明还公开了所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法。本发明制备的矿化剂对重金属离子具有良好的去除效果，在不影响土壤正常功能的同时改善重金属污染农田，修复周期短，成本低廉，绿色环保，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，具体是一种用于重金属污染农田的矿化剂及其制备方法。
背景技术
土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其不但为植物生长提供机械支撑能力，还为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。但是，随着人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。其中，重金属污染农田会导致农作物减产和农产品品质降低，同时污染地下水和地表水，对人体健康产生十分严重的危害。传统的重金属污染农田修复方法一般为矿物吸附法或生物修复法，但是，矿物吸附法的投资费用高，容易导致土壤肥力下降，而生物修复法的修复周期过长。因此，设计一种修复周期短、成本低廉的用于重金属污染农田的矿化剂，成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于重金属污染农田的矿化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石6-25份、醋酸铵1-5份、碳酸钠5-20份、水葫芦粉末4-20份、蓖麻提取液10-40份、硫化钠2-8份、石灰2-8份、环糊精1-5份。
作为本发明进一步的方案：包括以下按照重量份的原料：白云石12-20份、醋酸铵2-4份、碳酸钠10-16份、水葫芦粉末8-15份、蓖麻提取液20-32份、硫化钠4-7份、石灰4-7份、环糊精2-4份。
作为本发明再进一步的方案：包括以下按照重量份的原料：白云石17份、醋酸铵3份、碳酸钠12份、水葫芦粉末10份、蓖麻提取液25份、硫化钠6份、石灰5份、环糊精3份。
作为本发明再进一步的方案：所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入10-16倍重量的浓度为15-45％的氢氧化钾溶液进行搅拌20-40min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至100-200目，即得所述水葫芦粉末。
作为本发明再进一步的方案：所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取100-160min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至60-120目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在40-80℃温度下进行磁力搅拌，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，超声震荡20-40min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至60-120目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，搅拌20-30min，再加入石灰继续搅拌10-20min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率机械搅拌5-15min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
作为本发明再进一步的方案：步骤1)中，所述磁力搅拌的搅拌时间为30-50min。
作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，所述超声震荡的频率为30-50kHz。
作为本发明再进一步的方案：步骤3)中，所述搅拌的速率为500-1200r/min。
所述的用于重金属污染农田的矿化剂在制备矿化剂中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备的用于重金属污染农田的矿化剂对重金属离子具有良好的去除效果，在不影响土壤正常功能的同时改善重金属污染农田，通过水葫芦粉末和环糊精相互配合，起到了协同增效的作用，能够有效提高对重金属离子的去除效果，修复周期短，成本低廉，绿色环保，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石6份、醋酸铵1份、碳酸钠5份、水葫芦粉末4份、蓖麻提取液10份、硫化钠2份、石灰2份、环糊精1份。其中，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入13倍重量的浓度为25％的氢氧化钾溶液进行搅拌30min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液至pH为中性，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至120目，即得所述水葫芦粉末；所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取130min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
本实施例中，所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至80目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在60℃温度下进行磁力搅拌40min，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，以40kHz的频率进行超声震荡30min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至100目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，以900r/min的速率进行搅拌25min，再加入石灰继续搅拌15min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率进行机械搅拌10min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
实施例2
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石25份、醋酸铵5份、碳酸钠20份、水葫芦粉末20份、蓖麻提取液40份、硫化钠8份、石灰8份、环糊精5份。其中，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入13倍重量的浓度为25％的氢氧化钾溶液进行搅拌30min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液至pH为中性，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至120目，即得所述水葫芦粉末；所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取130min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
本实施例中，所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至80目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在60℃温度下进行磁力搅拌40min，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，以40kHz的频率进行超声震荡30min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至100目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，以900r/min的速率进行搅拌25min，再加入石灰继续搅拌15min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率进行机械搅拌10min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
实施例3
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石15.5份、醋酸铵3份、碳酸钠12.5份、水葫芦粉末12份、蓖麻提取液25份、硫化钠5份、石灰5份、环糊精3份。其中，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入13倍重量的浓度为25％的氢氧化钾溶液进行搅拌30min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液至pH为中性，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至120目，即得所述水葫芦粉末；所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取130min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
本实施例中，所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至80目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在60℃温度下进行磁力搅拌40min，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，以40kHz的频率进行超声震荡30min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至100目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，以900r/min的速率进行搅拌25min，再加入石灰继续搅拌15min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率进行机械搅拌10min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
实施例4
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石12份、醋酸铵2份、碳酸钠10份、水葫芦粉末8份、蓖麻提取液20份、硫化钠4份、石灰4份、环糊精2份。其中，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入13倍重量的浓度为25％的氢氧化钾溶液进行搅拌30min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液至pH为中性，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至120目，即得所述水葫芦粉末；所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取130min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
本实施例中，所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至80目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在60℃温度下进行磁力搅拌40min，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，以40kHz的频率进行超声震荡30min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至100目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，以900r/min的速率进行搅拌25min，再加入石灰继续搅拌15min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率进行机械搅拌10min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
实施例5
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石20份、醋酸铵4份、碳酸钠16份、水葫芦粉末15份、蓖麻提取液32份、硫化钠7份、石灰7份、环糊精4份。其中，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入13倍重量的浓度为25％的氢氧化钾溶液进行搅拌30min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液至pH为中性，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至120目，即得所述水葫芦粉末；所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取130min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
本实施例中，所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至80目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在60℃温度下进行磁力搅拌40min，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，以40kHz的频率进行超声震荡30min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至100目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，以900r/min的速率进行搅拌25min，再加入石灰继续搅拌15min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率进行机械搅拌10min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
实施例6
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石16份、醋酸铵3份、碳酸钠13份、水葫芦粉末11.5份、蓖麻提取液26份、硫化钠5.5份、石灰5.5份、环糊精3份。其中，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入13倍重量的浓度为25％的氢氧化钾溶液进行搅拌30min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液至pH为中性，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至120目，即得所述水葫芦粉末；所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取130min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
本实施例中，所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至80目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在60℃温度下进行磁力搅拌40min，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，以40kHz的频率进行超声震荡30min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至100目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，以900r/min的速率进行搅拌25min，再加入石灰继续搅拌15min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率进行机械搅拌10min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
实施例7
一种用于重金属污染农田的矿化剂，包括以下按照重量份的原料：白云石17份、醋酸铵3份、碳酸钠12份、水葫芦粉末10份、蓖麻提取液25份、硫化钠6份、石灰5份、环糊精3份。其中，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入13倍重量的浓度为25％的氢氧化钾溶液进行搅拌30min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液至pH为中性，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至120目，即得所述水葫芦粉末；所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取130min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20％，即得所述蓖麻提取液。
本实施例中，所述用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，步骤如下：
1)按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至80目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在60℃温度下进行磁力搅拌40min，得混合料A；
2)按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1)中得到的混合料A中，以40kHz的频率进行超声震荡30min，得混合料B；
3)按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至100目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2)中得到的混合料B，以900r/min的速率进行搅拌25min，再加入石灰继续搅拌15min，得混合料C；
4)将步骤3)中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率进行机械搅拌10min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
对比例1
与实施例7相比，不含水葫芦粉末，其他与实施例7相同。
对比例2
与实施例7相比，不含环糊精，其他与实施例7相同。
对比例3
与实施例7相比，不含水葫芦粉末和环糊精，其他与实施例7相同。
性能试验
对实施例7及对比例1-3的制备的用于重金属污染农田的矿化剂进行性能检测，具体方法为将本产品加入等体积的去离子水混合均匀，按比例喷洒到重金属污染土壤(所述重金属污染土壤中，汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和铜(Cu)的初始离子浓度均为900mg/kg)上进行处理，自然渗透，24小时后做浸出实验，测定处理后重金属污染土壤中汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和铜(Cu)的离子浓度，与各重金属的初始离子浓度进行对比，计算出去除率，其中，具体检测结果如表1所示。
从实施例7与对比例1的数据对比中可以看出，本发明通过添加水葫芦粉末，能够有效提高对重金属离子的去除效果，尤其对汞(Hg)和镉(Cd)的去除效果显著；从实施例7与对比例2的数据对比中可以看出，本发明添加环糊精，能够有效提高对重金属离子的去除效果，尤其对汞(Hg)和镉(Cd)的去除效果显著；另外，从实施例7与对比例1-3的数据对比中可以看出，本发明通过水葫芦粉末和环糊精相互配合，起到了协同增效的作用，能够进一步有效提高对重金属离子的去除效果。
表1检测结果表
| 组别 | 汞去除率 | 镉去除率 | 铅去除率 | 铬去除率 | 铜去除率 |
| 实施例7 | 89.1％ | 91.7％ | 95.8％ | 90.8％ | 96.1％ |
| 对比例1 | 52.1％ | 50.2％ | 87.5％ | 86.8％ | 90.1％ |
| 对比例2 | 61.2％ | 62.5％ | 81.2％ | 86.5％ | 89.4％ |
| 对比例3 | 46.5％ | 42.1％ | 78.5％ | 78.5％ | 82.2％ |
从以上结果中可以看出，本发明制备的用于重金属污染农田的矿化剂，对重金属离子具有很好的去除能力，能够达到GB15618-2008《土壤环境质量标准》标准要求，同时经过检测，处理后的土壤中K、Ca、Mg、Fe、Mn等几种营养元素变化很小，因此本产品不影响土壤的正常功能，不会破坏土壤成分，是一种绿色环保的药剂。
本发明制备的用于重金属污染农田的矿化剂对重金属离子具有良好的去除效果，在不影响土壤正常功能的同时改善重金属污染农田，通过水葫芦粉末和环糊精相互配合，起到了协同增效的作用，能够有效提高对重金属离子的去除效果，修复周期短，成本低廉，绿色环保，具有广阔的市场前景。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于重金属污染农田的矿化剂，其特征在于，包括以下按照重量份的原料：白云石6-25份、醋酸铵1-5份、碳酸钠5-20份、水葫芦粉末4-20份、蓖麻提取液10-40份、硫化钠2-8份、石灰2-8份、环糊精1-5份。
2.根据权利要求1所述的用于重金属污染农田的矿化剂，其特征在于，包括以下按照重量份的原料：白云石12-20份、醋酸铵2-4份、碳酸钠10-16份、水葫芦粉末8-15份、蓖麻提取液20-32份、硫化钠4-7份、石灰4-7份、环糊精2-4份。
3.根据权利要求2所述的用于重金属污染农田的矿化剂，其特征在于，包括以下按照重量份的原料：白云石17份、醋酸铵3份、碳酸钠12份、水葫芦粉末10份、蓖麻提取液25份、硫化钠6份、石灰5份、环糊精3份。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于重金属污染农田的矿化剂，其特征在于，所述水葫芦粉末的制备方法为将新鲜水葫芦沥干水分并进行烘干处理，然后切碎成0.5cm×0.5cm的碎块，加入10-16倍重量的浓度为15-45%的氢氧化钾溶液进行搅拌20-40min，再用盐酸中和氢氧化钾溶液，过滤后用去离子水洗涤，减压抽滤后烘干，研磨至100-200目，即得所述水葫芦粉末。
5.根据权利要求1所述的用于重金属污染农田的矿化剂，其特征在于，所述蓖麻提取液的制备方法为称取适量的蓖麻茎秆用去离子水清洗干净，加入16倍重量的去离子水，采用蒸汽压力锅设备在温度为130℃、压力为0.6MPa的条件下进行高温高压提取100-160min，再经300目筛网过滤除渣后浓缩至前述去离子水体积的20%，即得所述蓖麻提取液。
6.一种如权利要求1-5任一所述的用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）按照重量份称取硫化钠，粉碎后研磨至60-120目，然后加入至反应釜中，再加入蓖麻提取液在40-80℃温度下进行磁力搅拌，得混合料A；
2）按照重量份称取碳酸钠加入至步骤1）中得到的混合料A中，超声震荡20-40min，得混合料B；
3）按照重量份称取白云石，粉碎后研磨至60-120目，然后投入至搅拌机中，加入步骤2）中得到的混合料B，搅拌20-30min，再加入石灰继续搅拌10-20min，得混合料C；
4）将步骤3）中得到的混合料C中加入醋酸铵，以400r/min的速率机械搅拌5-15min，然后依次加入水葫芦粉末和环糊精，机械搅拌混合均匀，即得。
7.根据权利要求6所述的用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述磁力搅拌的搅拌时间为30-50min。
8.根据权利要求7所述的用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述超声震荡的频率为30-50kHz。
9.根据权利要求8所述的用于重金属污染农田的矿化剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述搅拌的速率为500-1200r/min。
10.一种如权利要求1-5任一所述的用于重金属污染农田的矿化剂在制备矿化剂中的用途。
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