CN109627115A - 一种修复铅污染土壤的钝化剂及其制备方法 - Google Patents

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席晓灿
李玉茹
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    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C05G3/80—Soil conditioners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
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Abstract

本发明提供了一种修复铅污染土壤的钝化剂及其制备方法。所述钝化剂通过以下方法制备得到：a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300~350℃条件下烧制2~2.5h，之后取出并冷却；c、按高炉渣粉∶KH2PO4溶液=0.8~1.2g∶10mL的比例，将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡或搅拌混合2~2.5h，然后静置分离，得到沉淀物；d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤至中性，然后烘干即得所述钝化剂。本发明原料易于获取，制备和应用简便，适宜大规模生产，本发明环保、经济、高效且适用于农用土地。

Description

一种修复铅污染土壤的钝化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于土壤重金属污染修复技术领域，具体涉及一种修复铅污染土壤的钝化剂及其制备方法。
背景技术
土壤中过量的铅不仅会影响植物的生长，还会通过食物链进入人体，危害人体健康。目前用于铅污染土壤的钝化剂可分为无机和有机两大类。对于无机类钝化剂，现已有利用一些工业废弃物来修复铅污染土壤，如将粉煤灰用于钝化土壤中的铅（吕晓立，刘景涛，刘俊建等，安徽农业科学，2018（13））。但大多数工业副产物对土壤的理化性质影响较大，长期使用会使土壤营养成分含量下降，不利于植物的生长及土壤的后续使用。虽已有将高炉渣用作土壤固化剂稳定土壤中的铅的报道（薄煜琳，何哲祥，中南大学学报，2017 (7) :1957-1963），但此种方法不适用于修复农用类土壤。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种修复铅污染土壤的钝化剂，以解决现有技术中钝化剂效果不理想，对土壤理化性质影响较大的问题。
本发明的目的之二是提供一种修复铅污染土壤的钝化剂的制备方法。
本发明的目的之一是这样实现的：一种修复铅污染土壤的钝化剂，所述钝化剂通过以下方法制备得到：
a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；
b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300~350℃条件下烧制2~2.5h，之后取出并冷却；
c、按高炉渣粉∶KH2PO4溶液= 0.8~1.2g∶10mL的比例，将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡或搅拌混合2~2.5h，然后静置分离，得到沉淀物，其中，所述KH2PO4溶液的浓度为0.5~0.7mol/L；
d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤至中性，然后烘干即得所述钝化剂。
步骤c中，使用振荡器将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡混合2~2.5h，所述振荡器的转速设置为150r/min。
步骤d中，烘干温度为105℃。
本发明的目的之二是这样实现的：一种修复铅污染土壤的钝化剂的制备方法，包括如下步骤：
a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；
b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300~350℃条件下烧制2~2.5h，之后取出并冷却；
c、按高炉渣粉∶KH2PO4溶液= 0.8~1.2g∶10mL的比例，将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡或搅拌混合2~2.5h，然后静置分离，得到沉淀物，其中，所述KH2PO4溶液的浓度为0.5~0.7mol/L；
d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤至中性，然后烘干即得所述钝化剂。
步骤c中，使用振荡器将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡混合2~2.5h，所述振荡器的转速设置为150r/min。
步骤d中，烘干温度为105℃。
有益效果：
本发明的钝化剂主要成分为高炉渣，其是冶炼生铁时的副产物，存在储量大且利用率低的问题，本发明利用磷酸二氢钾并通过特定的方法对高炉渣进行改性，不仅使所得钝化剂对土壤中铅的钝化效率和钝化效果大大提升，同时还可向土壤供给一部分植物生长所必需的磷和钾，改善土壤质量，减少化肥的使用，是一种变废为宝、成本低廉、环保多效的土壤钝化剂。
本发明改性后的高炉渣能与土壤中的铅离子形成稳定的沉淀，且原料易于获取，制备和应用简便，适宜大规模生产，本发明环保、经济、高效且适用于农用土地。
附图说明
图1是本发明实施例1、对比例1、对比例2所得产物以及单独使用高炉渣对土壤铅修复效果的对比图。
图2是不同使用量的钝化剂对土壤pH影响的对比图。
图3是不同使用量的钝化剂对土壤铅浸出毒性影响的对比图。
图4是不同使用量的钝化剂对土壤铅形态分布影响的对比图。
图5是不同使用量的钝化剂对土壤速效钾含量影响的对比图。
图6是不同使用量的钝化剂对黑麦草生物量影响的对比图。
图7是不同使用量的钝化剂对黑麦草植物铅含量影响的对比图。
具体实施方式
下面以具体实施例详细描述本发明。
实施例1：磷酸二氢钾改性高炉渣。
a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；
b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300℃条件下烧制2h，之后取出并冷却至室温；
c、按高炉渣粉∶KH2PO4溶液= 1g∶10mL的比例，将经步骤b烧制处理的高炉渣粉与浓度为0.5mol/L的KH2PO4溶液在30℃条件下用振荡器振荡混合2h，振荡器的转速设置为150r/min，然后静置分离，得到沉淀物；
d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤至洗涤水的pH值为7.0，然后将沉淀物在105℃的烘箱中烘干即得所述钝化剂。
对比例1：壳聚糖改性高炉渣。
a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；
b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300℃条件下烧制2h，之后取出并冷却至室温；
c、按高炉渣粉∶壳聚糖溶液= 3g∶10mL的比例，将经步骤b烧制处理的高炉渣粉与浓度为1.0wt%的壳聚糖溶液在60℃条件下用振荡器振荡混合2h，振荡器的转速设置为150r/min，然后静置分离，得到沉淀物；
d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤3~5次，然后将沉淀物在80℃的烘箱中烘干即可。
对比例2：胡敏酸改性高炉渣。
a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；
b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300℃条件下烧制2h，之后取出并冷却至室温；
c、按高炉渣粉∶胡敏酸溶液= 1g∶8mL的比例，将经步骤b烧制处理的高炉渣粉与浓度为1.0wt%的胡敏酸溶液在30℃条件下用振荡器振荡混合18h，振荡器的转速设置为150r/min，然后静置分离，得到沉淀物；所述浓度为1.0wt%的胡敏酸溶液的制备过程为将胡敏酸用1mol/L的NaOH溶解配置成1.0wt%的胡敏酸溶液，并用盐酸调节pH至7.0左右；
d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤3~5次，然后将沉淀物在60~70℃的烘箱中烘干即可。
将高炉渣、对比例1的壳聚糖改性高炉渣、对比例2的胡敏酸改性高炉渣及实施例1的磷酸二氢钾改性高炉渣产物按1.0wt％的添加比例施用于含铅量400mg/kg的铅污染土壤中，未施加材料的处理作为空白对照。保持土壤的含水率为60％，在第10天，第30天，第50天测试每组土壤DTPA有效态铅含量。将实验结果列于图1，由图1可以看出，随着时间的延长，本发明的修复效果显著优于其他改性方法制备的材料及未改性的高炉渣。
将本发明实施例1的钝化剂分别按0.0wt%、1.0wt%、2.0wt%、5.0wt%的添加比例施用于铅含量为800mg/kg的铅污染土壤中，并将土壤置于花盆中，每个花盆放置500g的对应土壤，并在每组花盆中都播种2g的黑麦草种子，保持土壤60％含水率，在25℃的温室中进行黑麦草盆栽实验。分别在第0天，第14天，第28天，第56天测试土壤的pH值，TCLP铅浸出毒性，BCR铅形态分布及土壤速效钾含量，并分别将结果列于图2、图3、图4和图5中；在第56天测试黑麦草的株高、鲜重及铅含量，并分别列于图6和图7中。
如图1~5所示，本发明对土壤pH值影响较小，在高污染浓度（800mg/kg）土壤中能显著降低土壤铅的浸出毒性，使土壤铅在较短时间内转为稳定的残渣态。本发明在1.0wt%、2.0wt%、5.0wt%的添加比例下，土壤铅浸出毒性较0.0wt%分别平均降低18.36%、61.97%、94.38%；土壤酸溶态及可还原态铅比例显著低于未使用本发明的0.0wt%处理组。土壤速效钾含量也在施加本发明后得到显著提升。由于黑麦草生长的消耗，在第三次取样后速效钾含量开始下降。
本发明在降低土壤铅活性的同时还可提高植物的生物量，减少植物对土壤铅的吸收。如图6和图7所示。在高污染浓度土壤中，随着本发明使用量的增加，黑麦草生物量显著提高，植株铅含量显著降低，说明本发明促进了黑麦草在铅污染环境中的生长。
本发明具有成本低，易制备，环境友好，高效稳定的特点，在实际的铅污染土壤修复工程中应用可行性高，特别是对于中碱性农田的修复，解决了因使用钝化剂而造成的土壤pH值升高，养分减少，土壤质量下降的问题。

Claims (6)

1.一种修复铅污染土壤的钝化剂，其特征是，所述钝化剂通过以下方法制备得到：
a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；
b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300~350℃条件下烧制2~2.5h，之后取出并冷却；
c、按高炉渣粉∶KH2PO4溶液= 0.8~1.2g∶10mL的比例，将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡或搅拌混合2~2.5h，然后静置分离，得到沉淀物，其中，所述KH2PO4溶液的浓度为0.5~0.7mol/L；
d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤至中性，然后烘干即得所述钝化剂。
2.根据权利要求1所述的修复铅污染土壤的钝化剂，其特征是，步骤c中，使用振荡器将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡混合2~2.5h，所述振荡器的转速设置为150r/min。
3.根据权利要求1所述的修复铅污染土壤的钝化剂，其特征是，步骤d中，烘干温度为105℃。
4.一种修复铅污染土壤的钝化剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
a、将高炉渣用去离子水洗涤3~5次，烘干后用粉碎机粉碎至150~200目，得到高炉渣粉；
b、将步骤a所得的高炉渣粉置于马弗炉中，在300~350℃条件下烧制2~2.5h，之后取出并冷却；
c、按高炉渣粉∶KH2PO4溶液= 0.8~1.2g∶10mL的比例，将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡或搅拌混合2~2.5h，然后静置分离，得到沉淀物，其中，所述KH2PO4溶液的浓度为0.5~0.7mol/L；
d、将步骤c所得沉淀物用去离子水洗涤至中性，然后烘干即得所述钝化剂。
5.根据权利要求4所述的修复铅污染土壤的钝化剂的制备方法，其特征是，步骤c中，使用振荡器将经烧制处理的高炉渣粉与KH2PO4溶液在28~32℃条件下振荡混合2~2.5h，所述振荡器的转速设置为150r/min。
6.根据权利要求4所述的修复铅污染土壤的钝化剂的制备方法，其特征是，步骤d中，烘干温度为105℃。
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