CN109207157A - 一种螯合重金属土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螯合重金属土壤改良剂及其制备方法；所述螯合重金属土壤改良剂按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸30‑40份、二羟乙基甘氨酸20‑30份、硫酸铝20‑30份、硅质石化粉10‑15份、生石灰10‑12份、水100‑120份、草木灰25‑35份；所述硅质石化粉为二氧化硅、粉煤灰和硅藻土混合物。本发明通过氧化钙与硫酸铝调节溶液的pH，同时氧化钙反应放热，还能加快螯合物以及络合物的形成，并且添加草木灰能够补充土壤中的无机盐元素，从而增强土壤的肥沃性，金属螯合物是羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸的混合形成的，金属螯合物对重金属具有较强的吸附作用，并且吸附原理是通过配位键吸附，从而实现重金属离子包裹，其吸附率能够达到90％以上。
Description
技术领域
本发明涉及土壤环境改良技术领域，尤其涉及一种螯合重金属土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
重金属对自然环境的污染破坏相当严重，工业中产生的大量废液、废渣等包含有较多的重金属离子，如果处理不当，不但消除不了重金属离子对环境的污染，反而会给环境带来二次污染，工业上一般会对污水进行处理再进行排放，排入河流中依旧会含有少量重金属离子，最后被河流周边的土壤吸收，对土壤造成较大的损害，从而影响到庄稼的生长。
中国专利申请公布号CN107629801A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，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。
现有的重金属土壤改良剂的不足之处：其作用机理是透辉石-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，但其仅是通过络合作用对重金属离子进行吸附，并且还需要等待反应物生成络合物后才能实现吸附效果，作用时间长，且吸附效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螯合重金属土壤改良剂及其制备方法，通过羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸的混合，在溶液内会形成金属螯合物，金属螯合物对重金属具有较强的吸附作用，并且吸附原理是通过配位键吸附，从而实现重金属离子包裹，其吸附率能够达到90％以上的优点，解决了现有重金属土壤改良剂是通过络合作用对重金属离子进行吸附，并且还需要等待反应物生成络合物后才能实现吸附效果，作用时间长，且吸附效率低下的问题。
根据本发明实施例的一种螯合重金属土壤改良剂，按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸30-40份、二羟乙基甘氨酸20-30份、硫酸铝20-30份、硅质石化粉10-15份、生石灰10-12份、水100-120份、草木灰25-35份；所述硅质石化粉为二氧化硅、粉煤灰和硅藻土混合物。
在上述方案基础上，所述土壤改良剂还包括三氯化铁50-60份。
在上述方案基础上，所述土壤改良剂还包括聚合硅酸铝铁20-30份。
在上述方案基础上，所述生石灰、聚合硅酸铝铁均呈粉粒状，所述粉粒的粒径为150-200μm。
在上述方案基础上，所述硅质石化粉按重量份包括二氧化硅20-30份，粉煤灰10-15份、硅藻土5-10份。
一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，具体操作步骤如下：
S1：按重量份称取二氧化硅、粉煤灰、硅藻土，并将其放置在粉磨机上研磨成800-1000目的颗粒，并将其混合；
S2：再重量份称取生石灰、草木灰，将其倒入S1所得的混合物中搅拌均匀；
S3：将S2所制得的混合物进行装袋并实现密封包装，即获得A组分；
S4：按重量份称取羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸，将羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸放置在搅拌器内混合10-20min，边搅拌边通过玻璃棒引流往搅拌器内加水；
S5：再往S4所制得的溶液中依次加入硫酸铝、三氯化铁、聚合硅酸铝铁，加入后再次搅拌10-15min；
S6：搅拌完成后将混合液进行装瓶处理，并对瓶口密封处理，即获得B组分；
S7：A、B组分混合只需将B组分倒入容器，再将A组分倒入，振荡或者搅拌2-3min，即制得螯合重金属土壤改良剂。
在S4中，所述搅拌器所设置的搅拌速率为100-120r/min。
在S3中，所述A组分的在密封包装前需进行真空抽气处理。
作用机理
羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸在溶液混合后会形成离子游动，并与配合物结合而成的复杂离子叫配离子，含有配离子的化合物叫配位化合物，配合物中心离子与配位体通过配位键结合，配位键是一种特殊的共价键，通常的共价键是由两个成键原子分别贡献出一个电子形成共同电子对的，而在配位键中是只由一个原子提供电子对，另一原手提供空轨道形成的，如果配位体中只有一个配位原子，则中心离子与配位体之间只能形成一个配位键，而有些配位体分子中含有两个以上的配位原子，当两个原子间相隔着两至三个其他非配位原子时，这个配体就可以与中心离子或原子同时形成两个以上的配位键，并形成一个包括两个配位五元或六元环的特殊结构，即得到螯合物。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1、通过羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸的混合，在溶液内会形成金属螯合物，金属螯合物对重金属具有较强的吸附作用，并且吸附原理是通过配位键吸附，从而实现重金属离子包裹，其吸附率能够达到90％以上，聚合硅酸铝铁作为一种水溶性高分子电解质分解在溶液内，可以除去土壤与溶液混合后土壤上的镉、氟、除放射性污染的危害物质，但金属螯合物对pH的要求较高，在pH大于10时，其对铁离子也具有螯合作用，但对其螯合作用较差，但当碱性减弱时，其便无法实现铁离子的螯合；
2、在碱性环境下，未包覆以及螯合后被释放的铁离子会生成氢氧化铁络合物，氢氧化铁络合物也吸附土壤中的重金属离子，从而实现沉淀，通过氧化钙与硫酸铝调节溶液的pH，同时氧化钙反应放热，还能加快螯合物以及络合物的形成，并且添加草木灰能够补充土壤中的无机盐元素，从而增强土壤的肥沃性。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段及所达到的具体功能，下面以具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种螯合重金属土壤改良剂，按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸30份、二羟乙基甘氨酸20份、硫酸铝20份、硅质石化粉10份、生石灰10份、水100份、草木灰25份、三氯化铁50份、聚合硅酸铝铁20份。
所述生石灰、聚合硅酸铝铁均呈粉粒状，所述粉粒的粒径为150μm。
所述硅质石化粉按重量份包括二氧化硅20份，粉煤灰10份、硅藻土5份。
一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，具体操作步骤如下：
S1：按重量份称取二氧化硅、粉煤灰、硅藻土，并将其放置在粉磨机上研磨成800目的颗粒，并将其混合；
S2：再重量份称取生石灰、草木灰，将其倒入S1所得的混合物中搅拌均匀；
S3：将S2所制得的混合物进行装袋并实现密封包装，即获得A组分；
S4：按重量份称取羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸，将羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸放置在搅拌器内混合10min，边搅拌边通过玻璃棒引流往搅拌器内加水；
S5：再往S4所制得的溶液中依次加入硫酸铝、三氯化铁、聚合硅酸铝铁，加入后再次搅拌10min；
S6：搅拌完成后将混合液进行装瓶处理，并对瓶口密封处理，即获得B组分；
S7：A、B组分混合只需将B组分倒入容器，再将A组分倒入，振荡或者搅拌2min，即制得螯合重金属土壤改良剂。
在S4中，所述搅拌器所设置的搅拌速率为100r/min。
在S3中，所述A组分的在密封包装前需进行真空抽气处理。
实施例2
本实施例提供了一种螯合重金属土壤改良剂，按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸32份、二羟乙基甘氨酸22份、硫酸铝22份、硅质石化粉12份、生石灰11份、水105份、草木灰25份、三氯化铁52份、聚合硅酸铝铁22份。
所述生石灰、聚合硅酸铝铁均呈粉粒状，所述粉粒的粒径为155μm。
所述硅质石化粉按重量份包括二氧化硅22份，粉煤灰11份、硅藻土6份。
一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，具体操作步骤如下：
S1：按重量份称取二氧化硅、粉煤灰、硅藻土，并将其放置在粉磨机上研磨成850目的颗粒，并将其混合；
S2：再重量份称取生石灰、草木灰，将其倒入S1所得的混合物中搅拌均匀；
S3：将S2所制得的混合物进行装袋并实现密封包装，即获得A组分；
S4：按重量份称取羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸，将羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸放置在搅拌器内混合12min，边搅拌边通过玻璃棒引流往搅拌器内加水；
S5：再往S4所制得的溶液中依次加入硫酸铝、三氯化铁、聚合硅酸铝铁，加入后再次搅拌11min；
S6：搅拌完成后将混合液进行装瓶处理，并对瓶口密封处理，即获得B组分；
S7：A、B组分混合只需将B组分倒入容器，再将A组分倒入，振荡或者搅拌2min，即制得螯合重金属土壤改良剂。
在S4中，所述搅拌器所设置的搅拌速率为105r/min。
在S3中，所述A组分的在密封包装前需进行真空抽气处理。
实施例3
本实施例提供了一种螯合重金属土壤改良剂，按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸35份、二羟乙基甘氨酸25份、硫酸铝25份、硅质石化粉13份、生石灰11份、水110份、草木灰30份、三氯化铁55份、聚合硅酸铝铁25份。
所述生石灰、聚合硅酸铝铁均呈粉粒状，所述粉粒的粒径为170μm。
所述硅质石化粉按重量份包括二氧化硅25份，粉煤灰13份、硅藻土7份。
一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，具体操作步骤如下：
S1：按重量份称取二氧化硅、粉煤灰、硅藻土，并将其放置在粉磨机上研磨成900目的颗粒，并将其混合；
S2：再重量份称取生石灰、草木灰，将其倒入S1所得的混合物中搅拌均匀；
S3：将S2所制得的混合物进行装袋并实现密封包装，即获得A组分；
S4：按重量份称取羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸，将羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸放置在搅拌器内混合15min，边搅拌边通过玻璃棒引流往搅拌器内加水；
S5：再往S4所制得的溶液中依次加入硫酸铝、三氯化铁、聚合硅酸铝铁，加入后再次搅拌12min；
S6：搅拌完成后将混合液进行装瓶处理，并对瓶口密封处理，即获得B组分；
S7：A、B组分混合只需将B组分倒入容器，再将A组分倒入，振荡或者搅拌2min，即制得螯合重金属土壤改良剂。
在S4中，所述搅拌器所设置的搅拌速率为110r/min。
在S3中，所述A组分的在密封包装前需进行真空抽气处理。
实施例4
本实施例提供了一种螯合重金属土壤改良剂，按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸38份、二羟乙基甘氨酸28份、硫酸铝28份、硅质石化粉14份、生石灰12份、水115份、草木灰30份、三氯化铁58份、聚合硅酸铝铁28份。
所述生石灰、聚合硅酸铝铁均呈粉粒状，所述粉粒的粒径为180μm。
所述硅质石化粉按重量份包括二氧化硅28份，粉煤灰14份、硅藻土8份。
一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，具体操作步骤如下：
S1：按重量份称取二氧化硅、粉煤灰、硅藻土，并将其放置在粉磨机上研磨成950目的颗粒，并将其混合；
S2：再重量份称取生石灰、草木灰，将其倒入S1所得的混合物中搅拌均匀；
S3：将S2所制得的混合物进行装袋并实现密封包装，即获得A组分；
S4：按重量份称取羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸，将羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸放置在搅拌器内混合18min，边搅拌边通过玻璃棒引流往搅拌器内加水；
S5：再往S4所制得的溶液中依次加入硫酸铝、三氯化铁、聚合硅酸铝铁，加入后再次搅拌14min；
S6：搅拌完成后将混合液进行装瓶处理，并对瓶口密封处理，即获得B组分；
S7：A、B组分混合只需将B组分倒入容器，再将A组分倒入，振荡或者搅拌3min，即制得螯合重金属土壤改良剂。
在S4中，所述搅拌器所设置的搅拌速率为115r/min。
在S3中，所述A组分的在密封包装前需进行真空抽气处理。
实施例5
本实施例提供了一种螯合重金属土壤改良剂，按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸40份、二羟乙基甘氨酸30份、硫酸铝30份、硅质石化粉15份、生石灰12份、水120份、草木灰35份、三氯化铁60份、聚合硅酸铝铁30份。
所述生石灰、聚合硅酸铝铁均呈粉粒状，所述粉粒的粒径为200μm。
所述硅质石化粉按重量份包括二氧化硅30份，粉煤灰15份、硅藻土10份。
一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，具体操作步骤如下：
S1：按重量份称取二氧化硅、粉煤灰、硅藻土，并将其放置在粉磨机上研磨成1000目的颗粒，并将其混合；
S2：再重量份称取生石灰、草木灰，将其倒入S1所得的混合物中搅拌均匀；
S3：将S2所制得的混合物进行装袋并实现密封包装，即获得A组分；
S4：按重量份称取羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸，将羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸放置在搅拌器内混合20min，边搅拌边通过玻璃棒引流往搅拌器内加水；
S5：再往S4所制得的溶液中依次加入硫酸铝、三氯化铁、聚合硅酸铝铁，加入后再次搅拌15min；
S6：搅拌完成后将混合液进行装瓶处理，并对瓶口密封处理，即获得B组分；
S7：A、B组分混合只需将B组分倒入容器，再将A组分倒入，振荡或者搅拌3min，即制得螯合重金属土壤改良剂。
在S4中，所述搅拌器所设置的搅拌速率为120r/min。
在S3中，所述A组分的在密封包装前需进行真空抽气处理。
对照例
现对实施例1-5与对照例(现有土壤改良剂)对重金属进行去除，其去除所使用的时间以及去除后土壤中的重金属含量如下表所示：
由上表可得出：本发明通过螯合作用消除土壤中的重金属，其所使用的时长缩短了20％，并且螯合物对重金属元素对重金属元素的吸附能力较强，同时铁离子能够实现络合，保证了重金属的去除率，使土壤中重金属的去除率达到了90％以上，是一种快速高效的安全环保型土壤改良剂，具有显著的环境效益及广阔的市场前景。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种螯合重金属土壤改良剂，其特征在于，按重量份包括如下组分：羟乙基乙二胺三乙酸30-40份、二羟乙基甘氨酸20-30份、硫酸铝20-30份、硅质石化粉10-15份、生石灰10-12份、水100-120份、草木灰25-35份；所述硅质石化粉为二氧化硅、粉煤灰和硅藻土混合物。
2.根据权利要求1所述的一种螯合重金属土壤改良剂，其特征在于：所述土壤改良剂还包括三氯化铁50-60份。
3.根据权利要求1所述的一种螯合重金属土壤改良剂，其特征在于：所述土壤改良剂还包括聚合硅酸铝铁20-30份。
4.根据权利要求3所述的一种螯合重金属土壤改良剂，其特征在于：所述生石灰、聚合硅酸铝铁均呈粉粒状，粉粒的粒径为150-200μm。
5.根据权利要求1所述的一种螯合重金属土壤改良剂，其特征在于：所述硅质石化粉按重量份包括二氧化硅20-30份，粉煤灰10-15份、硅藻土5-10份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
S1：按重量份称取二氧化硅、粉煤灰、硅藻土，并将其放置在粉磨机上研磨成800-1000目的颗粒，并将其混合；
S2：再重量份称取生石灰、草木灰，将其倒入S1所得的混合物中搅拌均匀；
S3：将S2所制得的混合物进行装袋并实现密封包装，即获得A组分；
S4：按重量份称取羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸，将羟乙基乙二胺三乙酸、二羟乙基甘氨酸放置在搅拌器内混合10-20min，边搅拌边通过玻璃棒引流往搅拌器内加水；
S5：再往S4所制得的溶液中依次加入硫酸铝、三氯化铁、聚合硅酸铝铁，加入后再次搅拌10-15min；
S6：搅拌完成后将混合液进行装瓶处理，并对瓶口密封处理，即获得B组分；
S7：A、B组分混合只需将B组分倒入容器，再将A组分倒入，振荡或者搅拌2-3min，即制得螯合重金属土壤改良剂。
7.根据权利要求6所述的一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，其特征在于：在S4中，所述搅拌器所设置的搅拌速率为100-120r/min。
8.根据权利要求6所述的一种螯合重金属土壤改良剂的制备方法，其特征在于：在S3中，所述A组分的在密封包装前需进行真空抽气处理。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘操: "《城镇污水处理及再生利用工艺手册》", 30 April 2015, 中国环境出版社 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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