CN108949179A - 一种土壤钝化剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种土壤钝化剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于重金属污染土壤钝化领域，本发明公开了一种土壤钝化剂及其制备方法和应用。按重量百分比计，所述土壤钝化剂包括：60％～90％凹凸棒土和10％～40％氧化镁。将所述钝化剂添加到污染土壤，再加入所述混合料40～50％(重量比)的水分，充分搅拌。本发明污染土壤重金属钝化剂主要原材料凹凸棒土为天然矿物成分，在我国拥有大量优质、廉价、易开采的资源，氧化镁能够减少土壤重金属活性，适当提高土壤pH，两者混合使用添加到土壤中能够钝化土壤中重金属的同时也不会带来二次污染。在实际农田污染土壤中应用施用量只需0.5％的投加量就可以达到50％的固化效果。

Description

一种土壤钝化剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于重金属污染土壤钝化技术领域，更具体地，涉及一种土壤钝化剂及其制备方法与应用。
背景技术
2014年环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示我国耕地点位超标率19.4％，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃，全国土壤镉超标率7.0％，其中镉重度污染点位比例为0.5％。以上数据说明，我国土壤污染严重，耕地土壤质量堪忧，特别是镉污染超标率高。重金属本身具有毒性，容易通过食物链在人体内富集，重金属污染已对周围环境和人体健康构成严重威胁。重金属污染土壤修复技术主要分两类：1)利用各种手段从原位减少重金属总量或者去除重金属污染物，以工程措施和植物修复为主要代表；2)原位钝化修复，指利用化学、生物等措施改变重金属污染物在土壤中存在状态，从而降低重金属在土壤中的生物有效性和移动性，降低重金属的环境风险。
在工程修复中以原位化学钝化技术和微生物修复为主要代表的原位钝化修复技术因修复成本较低、操作简单而适合大面积污染治理，符合我国农业发展需求，受到越来越多环境工作者的关注。中国发明专利“一种重金属钝化剂及其制备方法和应用”(申请号201611246658.6)将硅酸盐土壤调理剂、矿物质吸附剂和一些分散剂按一定重量分数混合得到重金属钝化剂，将得到的重金属钝化剂施用到污染土壤中，即可降低土壤中重金属铅镉含量，从而降低果实中重金属离子的含量，可以增加土壤农副产品食用安全性。中国发明专利“一种用于农田土壤重金属复合污染修复的钝化剂及其制备和使用方法”(申请号201710017278.3)将蒙脱石、硅藻土、海泡石、伊利石和硫酸亚铁以及方镁石、方解石、钙镁磷肥、草木灰和氢氧化钙按照一定质量比混合，制得钝化剂A和钝化剂B，原位施用到污染土壤中，可降低部分重金属有效态含量。中国发明专利“一种土壤钝化改良剂及其制备方法与应用”(申请号2017101732710)将膨润土、硅藻土、氧化镁、氧化铁和腐植酸按一定比例混合得到组配固化剂，利用该固化剂与重金属污染土壤按2-5：100(重量比)进行充分混合，并加入一定比例的水分进行熟化，即可对铅镉进行原位钝化修复。这些土壤固化技术需要用到的原材料繁多，制备过程相对复杂。目前已有的土壤钝化剂有部分存在改变土壤pH值、引起土壤板结、钝化修复耗时长以及容易重金属反溶等问题。因此，鲜有针对重金属污染农田土壤的钝化改良中应用制备简单的天然矿物材料无二次污染经济适用相关的研究。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种土壤钝化剂，该土壤钝化剂是纯天然矿物制作、成本较低、无二次污染且能有效固化重金属的镉污染。
本发明的另一目的在于提供上述土壤钝化剂的制备方法。该方法钝化剂原材料种类少、制备过程简单、用量较少。
本发明的再一目的在于提供上述土壤钝化剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种土壤钝化剂，按重量百分比计，所述土壤钝化剂包括：60％-90％凹凸棒土和40％-10％氧化镁。
所述的土壤钝化剂的制备方法，包括以下具体步骤：
S1.称取凹凸棒土和氧化镁，用球磨仪将所述凹凸棒土和氧化镁充分粉碎；
S2.将粉碎后的凹凸棒土和氧化镁充分混匀，得到土壤钝化剂。
所述土壤钝化剂在重金属污染土壤治理中的应用。
优选地，所述重金属为镉。
上述的土壤钝化剂实现钝化污染土壤中重金属的方法，包括以下具体步骤：
1)按所述钝化剂与镉污染土壤的重量比为(0.3～0.5)：100进行混合，搅拌均匀，得到混合料；
2)加入所述混合料40～50％(重量比)的水，充分搅拌。
本发明中的凹凸棒土是一种纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，其结构分为3层，上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层Mg-O-八面体，结构中存在晶格置换，含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+。由于凹凸土结晶习性、结晶形态、沉积方式和内部孔道等多种因素的影响而赋予其很高的比表面积，凹凸棒表面固有的原子结构和活化处理产生的表面电荷不平衡现象而形成了吸附中心，二者结合使凹凸棒具有良好的吸附性能。凹凸棒土为天然矿物成分，在我国拥有大量优质、廉价、易开采的资源，氧化镁能够减少土壤重金属活性，适当提高土壤pH。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明土壤钝化剂原料中的凹凸棒土来源广泛，是一种富Mg的硅酸盐粘土矿物，该土壤钝化剂是纯天然矿物制作、成本较低、无二次污染，凹凸棒土不会大幅改变土壤pH值也不会引起土壤板结，在实际工程应用中有较大应用前景。
2.本发明土壤钝化剂具有比表面积大和吸附性强的特性，在土壤中具有一定湿度的情况下，可以与重金属离子发生离子交换作用和吸附作用，镉离子在凹凸棒土表面与土壤中的羟基和碳酸跟发生络合反应和沉淀反应，从而降低土壤中重金属生物有效性。
3.本发明中土壤钝化剂加工过程简单、生产成本较低、见效快、无二次污染且能有效钝化重金属镉。在实际农田污染土壤中应用施用量只需0.5％的投加量就可以达到50％的固化效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.将凹凸棒土和氧化镁按重量比为7：3进行混合，利用球磨仪充分粉碎混合，得到土壤固化剂；
2.称取Cd污染土壤500g，加入1.5g上述土壤固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料40％(重量比)的去离子水，充分搅拌5min，混合均匀，反应时间30天。
根据《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》(GB/T 23739-2009)测定土壤的DTPA有效态重金属含量，30天后取样风干，利用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)法分析吸附前后Cd有效态浓度，经检测，Cd有效态浓度由1.1mg/kg下降到0.68mg/kg，降低了40.76％。
实施例2
1.将凹凸棒土和氧化镁按重量比为9：1进行混合并利用球磨仪充分粉碎混合，得到土壤固化剂；
2.称取Cd污染土壤500g，加入2.1g上述土壤固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料50％(重量比)的去离子水，充分搅拌5min，混合均匀，反应时间20天。
根据《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》(GB/T 23739-2009)测定土壤的DTPA有效态重金属含量，20天后取样风干，利用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)法分析吸附前后Cd有效态浓度，经检测，Cd有效态浓度由1.1mg/kg下降到0.86mg/kg，降低了25.21％。
实施例3
1.将凹凸棒和氧化镁按重量比为8：2进行混合并利用球磨仪充分粉碎混合，得到土壤固化剂；
2.称取Cd污染土壤500g，加入2.1g上述土壤固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料45％(重量比)的去离子水，充分搅拌10min，混合均匀，反应时间15天。
根据《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》(GB/T 23739-2009)测定土壤的DTPA有效态重金属含量，15天后取样风干，利用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)法分析吸附前后Cd有效态浓度，经检测，Cd有效态浓度由1.1mg/kg下降到0.74mg/kg，降低了35.91％。
实施例4
1.将凹凸棒和氧化镁按重量比为6：4进行混合并利用球磨仪充分粉碎混合，得到土壤固化剂；
2.称取Cd污染土壤500g，加入1.5g上述土壤固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料40％(重量比)的去离子水，充分搅拌5min，混合均匀，反应时间30天。
根据《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》(GB/T 23739-2009)测定土壤的DTPA有效态重金属含量，30天后取样风干，利用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)法分析吸附前后Cd有效态浓度，经检测，Cd有效态浓度由1.1mg/kg下降到0.69mg/kg，降低了40.17％。
实施例5
1.将凹凸棒土和氧化镁按重量比为7：3进行混合并利用球磨仪充分粉碎混合，得到土壤固化剂；
2.称取Cd污染土壤500g，加入2.5g上述土壤固化剂，搅拌均匀，加入所述混合料50％(重量比)的去离子水，充分搅拌5min，混合均匀，反应时间30天。
根据《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》(GB/T 23739-2009)测定土壤的DTPA有效态重金属含量，30天后取样风干。利用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)法分析吸附前后Cd有效态浓度，经检测，Cd有效态浓度由1.1mg/kg下降到0.57mg/kg，降低了50.49％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种土壤钝化剂，其特征在于，按重量百分比计，所述土壤钝化剂包括：60％～90％凹凸棒土和10％～40％氧化镁。
2.根据权利要求1所述的土壤钝化剂的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1.称取凹凸棒土和氧化镁，用球磨仪将所述凹凸棒土和氧化镁充分粉碎；
S2.将粉碎后的凹凸棒土和氧化镁充分混匀，得到土壤钝化剂。
3.根据权利要求1所述土壤钝化剂在重金属污染土壤治理中的应用。
4.根据权利要求3所述土壤钝化剂在重金属污染土壤治理中的应用，其特征在于，所述重金属为镉。
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