CN109513737A - 一种固化土壤中镉的方法 - Google Patents

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赵转军
徐苗苗
赵立芳
石淼
张兆虎
姚莉卫
范天凤
李静
宋怡然
王泽民
尤阳
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically

Abstract

本发明涉及一种原位固化土壤中镉的修复剂，属于土壤修复技术领域。本发明将腐殖酸溶液缓慢加入到FeCl3溶液中，持续搅拌，并通过碱性溶液调节pH值至弱碱性；反应完全后，去除上清液后加去离子水清洗沉淀，冷冻干燥48h后制得水铁矿‑腐殖酸共沉物；将水铁矿‑腐殖酸共沉物撒到土里，充分混合后加水保持湿润，即能够保证土壤中的镉被固化，进而解决镉污染问题；本发明通过将三氯化铁在弱碱性条件反应形成水铁矿，反应的过程中水铁矿同时与腐殖酸形成共沉物。所得到的共沉物材料可以固化土壤中镉。与其它的固化镉方法相比，本发明具有成本低廉、易于控制、环境友好等优点。

Description

一种固化土壤中镉的方法
技术领域
本发明涉及一种原位固化土壤中镉的修复剂，属于土壤修复技术领域。
背景技术
由于电镀工业、化工业、电子业和核工业等工业领域的大规模发展，使得大量有毒重金属元素镉随着工业废渣或废水进入土壤，导致土壤中镉的含量远远超过其环境质量标准。目前已有客土修复、植物修复、淋洗修复以及固化修复等相对比较成熟的治理技术。固定修复是通过加入固定剂使重金属以活性较高的状态转变为长期稳定的状态，从而原位钝化在土壤介质中，即通过阻断污染扩散路径来降低重金属活性和生物有效性，是一种基于物化调控的土壤原位修复方法。对各类型的重金属污染土壤，尤其是农田土壤来说，既可以做到不破坏土壤肥力和生态环境功能，又能保证无二次污染发生，是土壤环境科学修复技术研发的重要方向。
现有的固化土壤中镉的修复剂有铁氧化物、磷酸盐化合物、石灰和水泥等。磷酸盐化合物和石灰能降低土壤中镉的可交换态，但石灰会提高土壤的pH,施加磷酸盐化合物会使磷进入土壤，大量添加会造成土壤盐碱化和富营养化，改变土壤原有的理化性质和肥性，因此限制了其固化效果。水泥因为成本低、处理效果好而被用于固化土壤中的镉，但是处理后的水泥由于有较多毛细孔，容易使固化的镉解吸，因而降低固化效果。
水铁矿由于其来源广泛、成本低廉、环境友好等优点而得到较广泛的应用。水铁矿是所有铁氧化物中自然状态下最细粒的一种红棕色的纳米球形颗粒，其比表面积较大、结晶弱，具有较高的反应活性且广泛存在于土壤环境中。研究表明，在Cd污染土壤中添加水铁矿可以降低土壤的生物利用度和毒性，具有较好的稳定性，因而经常作为污染物吸附剂被研究。
腐殖酸是一种天然而广泛存在的螯合剂,它因包含大量的官能团而使其具有高度的反应活性和较强的结合能力,因此对有害金属的聚集和控制效果有重要影响。余贵芬等人研究表明，相比富里酸，腐殖酸对土壤中镉的钝化作用更强，可减少镉对作物的危害。
发明内容
本发明的目的是为了解决土壤中的镉污染的问题，提供一种固化土壤中镉的方法，该方法能有效降低土壤中镉的迁移，且材料来源广泛，固化修复成本低。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种固化土壤中镉迁移的方法具体步骤如下：
步骤一、制备碱性溶液；
步骤二、制备FeCl3溶液：将FeCl3·6H2O溶解在去离子水中，得到FeCl3溶液；
步骤三、制备腐殖酸溶液：将腐殖酸溶解在步骤一的碱性溶液中，得到腐殖酸溶液；
步骤四、制备水铁矿-腐殖酸共沉物：快速搅拌条件下，将步骤三制备的腐殖酸溶液缓慢加入步骤二制备的FeCl3溶液中，持续搅拌，并通过步骤一的碱性溶液调节pH值至弱碱性；反应完全后，去除上清液后加去离子水清洗沉淀，冷冻干燥48h后制得水铁矿-腐殖酸共沉物；
步骤五、将步骤四制得的水铁矿-腐殖酸共沉物撒到土里，充分混合后加水保持湿润，即能够保证土壤中的镉被固化，进而解决镉污染问题；
步骤一所述碱性溶液为NaOH或KOH；
有益效果：
通过将三氯化铁在弱碱性条件反应形成水铁矿，反应的过程中水铁矿同时与腐殖酸形成共沉物。所得到的共沉物材料可以固化土壤中镉。与其它的固化镉方法相比，本发明具有成本低廉、易于控制、环境友好等优点。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
水铁矿-腐殖酸共沉物制备方法
A.取16g NaOH加入1L纯净水制成0.4M NaOH溶液；
B.取4.73g FeCl3·6H2O加入350mL去离子水后置于磁力搅拌器上使其彻底溶解，制成0.05M FeCl3溶液；
C.用25mL 0.4M NaOH溶液将腐殖酸(化学纯试剂，分别取0g、0.2022g、 0.4043g、0.6065g、0.8086g)超声溶解；
D.在FeCl3溶液快速搅拌条件下将腐殖酸溶液缓慢加入FeCl3溶液中，持续搅拌，并用0.4M NaOH溶液调节pH，使得混合液的pH值达到7.5(注意不能超过7.8)；在接下来两个小时内保持悬浮液的pH值为7.5；
E.悬浮液静置20min，去除上清液后加去离子水清洗沉淀，然后于4000 r/min下离心15min，倒去上清液，如此反复离心5次，以便彻底清除氯化物和钠离子，冷冻干燥48h后制得C/Fe＝0、0.5、1.0和1.5(摩尔比)的共沉物。冷藏于4℃干燥条件下备用。
F.将步骤四制得的水铁矿-腐殖酸共沉物撒到土里，充分混合后加水，置于室温下培养，期间保持土壤持水率为60％；
实验所用土壤收集于甘肃省白银市的表层土(0-20cm)，将污染土壤风干、研磨后过2mm筛。污染土壤理化性质为有机质含量49.1g/kg、pH值7.95、电导率 (EC)151μs/cm、Cd含量9.2327mg/kg，其中镉的残渣态所占比例为0.98％。取 100g污染土置于7×7×10cm的塑料花盆内，将制备的不同C/Fe比例的水铁矿- 腐殖酸共沉物加入污染土中(5％添加量)，在室温下培养30天，结束后利用改进BCR方法分析残渣态镉含量。另外，以单独加入5％腐殖酸作为对照。结果表明在不同腐殖酸添加量下(C/Fe摩尔比为0、0.5、1.0和1.5)，镉的残渣态所占比例分别增加至30.48％、33.80％、36.03％和52.99％。5％腐殖酸添加使得镉残渣态含量增至39.32％。
上述结果表明：①通过上述步骤制备不同C/Fe比例的水铁矿-腐殖酸共沉物，将其以5％的添加量加入污染土中，对土壤中的镉具有较好的固化效果，能更好的修复土壤镉污染问题；②当腐殖酸添加量达到一定比例，水铁矿-腐殖酸共沉物对土壤中镉的固化效果明显优于水铁矿或腐殖酸单独的作用，这说明水铁矿和腐殖酸形成共沉物后具有协同增效的作用，增加腐殖酸添加量可加强对镉的固化效果。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种固化土壤中镉迁移的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、制备碱性溶液；
步骤二、制备FeCl3溶液：将FeCl3·6H2O溶解在去离子水中，得到FeCl3溶液；
步骤三、制备腐殖酸溶液：将腐殖酸溶解在步骤一的碱性溶液中，得到腐殖酸溶液；
步骤四、制备水铁矿-腐殖酸共沉物：快速搅拌条件下，将步骤三制备的腐殖酸溶液缓慢加入步骤二制备的FeCl3溶液中，持续搅拌，并通过步骤一的碱性溶液调节pH值至弱碱性；反应完全后，去除上清液后加去离子水清洗沉淀，冷冻干燥48h后制得水铁矿-腐殖酸共沉物；
步骤五、将步骤四制得的水铁矿-腐殖酸共沉物撒到土里，充分混合后加水保持湿润，即能够保证土壤中的镉被固化。
2.如权利要求1所述的一种固化土壤中镉迁移的方法，其特征在于：步骤一所述碱性溶液为NaOH或KOH。
3.如权利要求1所述的一种固化土壤中镉迁移的方法，其特征在于：步骤四中C/Fe的摩尔比0.5～1.5。
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