CN109943341A - 一种环保土壤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保土壤中的制备方法，属于废弃土壤的环保利用领域。本发明的主要步骤包括：按照比例将助燃剂与废弃土壤进行混合后制球，接着在通风状态下，在电炉中煅烧，在较低温度下实现自蔓燃燃烧，随炉降温后获得环保土壤。该制备方法创新性地采用助燃剂在较低的温度下，通过助燃剂的自蔓延燃烧获得较高温度，实现造孔和热脱除方法。所制备的环保土壤对重金属离子有明显下降，其中镉离子达到60％左右的去除率。所获得环保土壤的比表面积最高可达26m2/g，具有高的孔隙率，可应用于农作物污染土壤的修复等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用废弃土壤的回收再利用技术，具体为一种制备环保土壤的方法。
背景技术
土壤是植物、农作物生长发育的基础，在其生长、发育的过程中需要从土壤中吸收大量水分和营养物质来满足其自身的需求，对土壤有土质疏松、肥沃、排水、透气性能良好、保水保肥能力强等特殊要求。很多自然土壤不能兼具上述条件，而且随着经济的发展，很多土壤被严重污染，已经不适于植物、农作物的种植，所以需要人工添加一定量的营养土、环保土壤等添加物以满足植物、农作物的种植需要。目前常用的营养土有天然泥炭土或腐殖土等，但它们取材成本较高，而且会对环境造成一定影响。
专利申请CN105777430A主要公开了添加含磷物与钢渣等物质得到环保土壤改良剂；专利申请CN105950185A公开了通过添加有机菌液，实现土壤部分修复的方法。这类方面发明主要集中在土壤中追加添加剂的形式，形成具有改良型的环保土壤，需要在废弃或者污染土壤中添加其他物质，实现环保改良，但可能会对土壤其他效能造成一定的影响。另外，专利申请CN104084420A公开了通过焙烧去除土壤中重金属离子得到环保土壤的方法，是通过焙烧使得重金属离子玻璃化实现重金属离子去除，其玻璃化温度难以掌控，且土壤中的腐败材质容易碳化。因此，对于环保土壤而言，其多孔性、透气性性质也是一项重要的参考指标，而现有文献中并未对高吸附性、透气性、低重金属离子的环保土壤并未给出充分的说明。
发明内容
本发明针对现有环保土壤需要追加添加剂而增加成本和无法估量其他效能、通过简单煅烧使得重金属离子玻璃化而实现去除的工艺可控性差的技术缺陷，创新性提出利用自蔓燃方式制备环保土壤。在助燃剂的协同作用下，在较低的温度下，通过助燃剂的瞬时燃烧的释放出的能量，提高废弃土壤的真实接触温度，实现重金属离子的热脱去除；同时助燃剂的主要组成部分有机物质以及废弃土壤中的腐殖质，在燃烧过程中溢出土壤，使得环保土壤的孔隙率和透气性得到显著的提高。
本发明提供了一种环保土壤的制备方法，其包括如下步骤：
(a)将废弃土壤、占废弃土壤重量5-10％的助燃剂，2-5％的蓖麻油在粉碎机中粉碎，过筛，混合均匀，得到混合物；
(b)将混合物在滚球机上制成混合球；
(c)将混合球放入电炉中，在通风风速为4-10m3/h，以5-10℃/min的升温速度升温至450-600℃，保持1-1.5h后，停止加热，继续保持通风，待炉温降至室温，获得环保土前驱体；
(d)将环保土前驱体在粉碎机中碎粉，过筛，得到环保土壤。
在本发明中，
步骤(a)中过筛为过20目筛，得到的混合物为混合均匀、颗粒度小的混合物；
步骤(b)中得到的混合球的直径在5±2cm左右；
步骤(d)中过筛为过10目筛，得到的环保土壤为颗粒分布均匀、超细化的环保土壤；
步骤(a)所述的助燃剂优选为植物秸秆，如棉花秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、甘蔗秸秆等中的一种或多种；更优选地所述助燃剂是将植物秸秆经过粉碎机粉碎，过18-20目筛得到的细化的秸秆粉。
所述废弃土壤可以为农作物过度污染土壤、工厂废弃土壤等。
本发明还提供了由所述方法得到的环保土壤。
有益效果：
相比较传统的原料烧结方式，温度高、成本高特点，本发明利用助燃剂和蓖麻油的协同作用，得到的环保土壤具有多孔径、孔隙率高、透气性好等优点。且本发明所述环保土壤的制备简单，原料廉价易得，且对废弃物有一定的再利用，有利于环境保护和农业的可持续发展。
附图说明
图1为实施例2-4所得环保土壤的吸附-脱附曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明专利的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
(a)以玉米秸秆和水稻秸秆(按照1:1重量配比)为助燃剂，在粉碎机中粉碎，并过18目筛，获得细化的秸秆粉；
(b)将种植水稻过度污染废弃土壤与占废弃土壤重量10％的秸秆粉，5％的蓖麻油搅拌混合，在粉碎机中粉碎，并过20目筛，得混合均匀、颗粒度小的混合物；
(c)将混合物在滚球机上制成直径5cm左右的混合球；
(d)将混合球放入电炉中，在通风风速为10m3/h，以10℃/min的升温速度升温至600℃，保1.5h后，继续保持通风，随炉降至室温，获得环保土前驱体；
(e)将环保土前驱体在粉碎机中粉碎，过10目筛，得颗粒分布均匀、超细化的环保土壤。
将所获得环保土壤进行消解反应后，利用型号为iCAP 7200ICP-OES的电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测试其重金属离子的含量，结果见表1。
利用JW-BK100A型比表面及孔径分析仪测试所得环保土壤的比表面积和孔径分布，结果见表2。
实施例2
(a)以棉花秸秆为助燃剂，在粉碎机中粉碎，并过18目筛，获得细化的秸秆粉；
(b)将化工区工业废弃土壤与占废弃土壤重量10％的秸秆粉，2％的蓖麻油搅拌混合，粉碎机中粉碎，并过20目筛，得混合均匀、颗粒度小的混合物；
(c)将混合物在滚球机上制成直径5cm左右的混合球；
(d)将(混合球放入电炉中，在通风风速为8m3/h，以10℃/min的升温速度升温至450℃，保持1.5h后，继续保持通风，随炉降至室温，获得环保土前驱体；
(e)将环保土前驱体在粉碎机中粉碎，过10目筛，得颗粒分布均匀、超细化的环保土壤。
将所获得环保土壤进行消解反应后，利用型号为iCAP 7200ICP-OES的电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测试其重金属离子的含量，结果见表1。
利用JW-BK100A型比表面及孔径分析仪测试所得环保土壤的比表面积和孔径分布，结果见表2。
实施例3
(a)以小麦秸秆与水稻秸秆(重量配比1:2)为助燃剂，在粉碎机中粉碎，并过18目筛，获得细化的秸秆粉；
(b)将小麦过度种植废弃土壤与占废弃土壤重量5％的秸秆粉，5％的蓖麻油搅拌混合，粉碎机中粉碎，并过20目筛，得混合均匀、颗粒度小的混合物；
(c)将混合物在滚球机上制成直径5cm左右的混合球；
(d)将混合球放入电炉中，在通风风速为10m3/h，以10℃/min的升温速度升温至600℃，保持1.5h后，继续保持通风，随炉降至室温，获得环保土前驱体；
(e)将环保土前驱体在粉碎机中粉碎，过10目筛，得颗粒分布均匀、超细化的环保土壤。
将所获得环保土壤进行消解反应后，利用型号为iCAP 7200ICP-OES的电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测试其重金属离子的含量，结果见表1。
利用JW-BK100A型比表面及孔径分析仪测试所得环保土壤的比表面积和孔径分布，结果见表2。
实施例4
(a)以甘蔗秸秆为助燃剂，在粉碎机中粉碎，并过18目筛，获得细化的秸秆粉；
(b)将钢铁冶炼厂废弃物土壤与占废弃土壤重量8％的秸秆粉，5％的蓖麻油搅拌混合，粉碎机中中粉碎，并过20目筛，得混合均匀、颗粒度小的混合物；
(c)将混合物在滚球机上制成直径5cm左右的混合球；
(d)将混合球放入电炉中，在通风风速为8m3/h，以10℃/min的升温速度升温至600℃，保1.5h后，继续保持通风，随炉降至室温，获得环保土前驱体；
(e)将环保土前驱体在粉碎机中粉碎，过10目筛，得颗粒分布均匀、超细化的环保土壤。
将所获得环保土壤进行消解反应后，利用型号为iCAP 7200ICP-OES的电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测试其重金属离子的含量，结果见表1。
利用JW-BK100A型比表面及孔径分析仪测试所得环保土壤的比表面积和孔径分布，结果见表2。
另外对实施例2-4得到的环保土壤进行BET测试，得到环保土壤的吸附-脱附曲线，结果见图1。
表1实施例1-4中环保土壤的重金属离子含量以及与原废弃土壤的对比
表2实施例1-2、4的环保土壤的比表面积和孔径分布
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。
Claims (9)
1.一种环保土壤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将废弃土壤、占废弃土壤重量5-10％的助燃剂，2-5％的蓖麻油在粉碎机中粉碎，过筛，混合均匀，得到混合物；
(b)将混合物在滚球机上制成混合球；
(c)将混合球放入电炉中，在通风风速为4-10m3/h，以5-10℃/min的升温速度升温至450-600℃，保持1-1.5h后，停止加热，继续保持通风，待炉温降至室温，获得环保土前驱体；
(d)将环保土前驱体在粉碎机中碎粉，过筛，得到环保土壤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(a)中过筛为过20目筛。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(b)中得到的混合球的直径在5±2cm左右。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(d)中过筛为过10目筛。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(a)所述的助燃剂为植物秸秆。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述植物秸秆为棉花秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、甘蔗秸秆中的一种或多种。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：所述助燃剂是将植物秸秆经过粉碎机粉碎，过18-20目筛得到的细化的秸秆粉。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述废弃土壤为农作物过度污染土壤、工厂废弃土壤。
9.根据权利要求1-8中任一项所述制备方法得到的环保土壤。
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