CN110144225A

CN110144225A - 一种复合土壤修复剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110144225A
Application number: CN201910484901.5A
Authority: CN
Inventors: 梅磊; 祝水金; 陈进红; 惠译萱; 赵天伦; 曹跃芬; 曹翔; 阮铂诚; 陈恬; 谢文涛
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2019-08-20
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: CN110144225B

Abstract

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种复合土壤修复剂及其制备方法和应用。本发明提供的复合土壤修复剂包括以下质量份的组分：硅藻土30～40份，生物质炭10～25份，生石灰5～15份，腐植酸钠5～8份和聚丙烯酸钠1～3份。在生石灰、聚丙烯酸钠和腐植酸钠存在的条件下，硅藻土和生物质炭能够对土壤中的多种重金属离子进行有效吸附和固定，减少重金属污染源在土体中的移动和扩散。

Description

一种复合土壤修复剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种复合土壤修复剂及其制备方法和应用。

背景技术

工业生成中不可避免的会产生一些废渣、废水和废气，这些废弃物的排放会给环境带来危害，有害物质一旦进入土壤，就会影响农作物的生长，因此，对已污染的土壤进行有效修复，成为当务之急。

中国专利CN201510893844.8公开了一种土壤修复剂，由硅藻土、粉煤灰、硅灰石、海泡石、羧甲基淀粉、钙镁磷肥、淀粉磷酸单酯、(三甲基硅基)磷酸盐、异缬草酸龙脑酯、碳酸钾和4-胍基丁酸组成，该组分的修复剂能对土壤中的Pd进行有效固定，但组分过于复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合土壤修复剂及其制备方法和应用，本发明提供的复合土壤修复剂利用简单的组分，实现了对不同重金属离子的有效吸附。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种复合土壤修复试剂，包括以下质量份的组分：硅藻土30～40份，生物质炭10～25份，生石灰5～15份，腐植酸钠5～8份和聚丙烯酸钠1～3份。

优选的，所述硅藻土的孔体积优选为0.50～0.90cm³/g。

优选的，所述生物质炭的制备方法包括以下步骤：

对生物质炭的制备原料进行热处理，得到初级炭料；

将所述初级炭料浸渍在包括高锰酸钾和硝酸的溶液中进行改性，得到生物质炭。

优选的，所述生物质炭的制备原料包括木材废料、稻草或农作物废弃料。

优选的，所述热处理的温度为280～300℃，时间为2～4h。

优选的，所述包括高锰酸钾和硝酸的溶液中，KMnO₄的浓度为0.1～0.2mol/L，HNO₃的质量浓度为35～50％。

本发明提供了上述技术方案所述复合土壤修复试剂的制备方法，包括将复合土壤修复试剂的各组分混合，搅拌均匀。

优选的，所述混合的方式为：将生石灰、腐植酸钠和聚丙烯酸钠混合，然后将所得混合料与剩余组分混合，得到复合土壤修复试剂。

本发明还提供了上述技术方案所述的复合土壤修复试剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的复合土壤修复试剂在修复污染土壤中的应用，包括将复合土壤修复试剂与水混合，然后将所得混合料液喷洒在待修复污染土壤中，再进行翻耕。

优选的，所述翻耕的深度为15～30cm，翻耕的次数为1～5，相邻两次翻耕的间隔时间为1～3天。

本发明提供的复合土壤修复剂包括以下质量份的组分：硅藻土30～40份，生物质炭10～25份，生石灰5～15份，腐植酸钠5～8份和聚丙烯酸钠1～3份。本发明上述方案中，硅藻土和生物质炭为多孔材料，在生石灰、聚丙烯酸钠和腐植酸钠存在的条件下，多孔材料能够对土壤中的多种重金属离子进行有效吸附固定，减少重金属污染源在土体中的移动和扩散。实施例结果表明，本发明提供的复合土壤修复剂能够将土壤中Pb离子的去除率达到95.0％以上，铜离子的去除率达到96.5％以上，Cd离子的去除率达到90.0％以上。

具体实施方式

在以下具体实施方式过程中，除特殊说明外，所用试剂为本领域技术人员熟知的市售产品。

以质量份计，本发明所述的复合土壤修复试剂包括硅藻土30～40份，优选为31～39份，再优选为32～38份，更优选为32～37份；所述硅藻土的粒径优选200～300目，更优选为225～270目；所述硅藻土的孔体积优选为0.50～0.90cm³/g，更优选为0.60～0.80cm³/g；所述硅藻土的比表面积优选为45～60m²/g，更优选为50～55m²/g。本发明对所述硅藻土的来源没有特殊要求，采用本领域技术人熟知的即可。

以所述硅藻土的质量份计，本发明所述的复合土壤修复试剂包括生物质炭10～25份，优选为11～24份，再优选为12～23份。在本发明中，所述所述生物质炭优选自制得到，所需的制备原料优选包括木材废料、稻草或农作物废弃料，所述农作物废弃料优选包括玉米穗轴或秸秆；制备原料的粒径优选在100目以下。

在本发明中，所述生物质炭的制备方法优选包括以下步骤：

对生物质炭的制备原料进行热处理，得到初级炭料；

本发明对生物质炭的制备原料进行热处理，得到初级炭料。热处理前，本发明优选对生物质炭的制备原料进行预处理，所述预处理包括粉碎和干燥，所述粉碎能得到100目以下的碎料即可，所述干燥能将含水率控制在5％以下即可。

在本发明中，所述热处理的温度优选为280～300℃，更优选为285～295℃，再优选为287～293℃；热处理的时间优选为2～4h，具体可以为2.5h、3h、3.5h或4h。本发明在上述条件下进行热处理，能够得到孔隙结构合理的初级炭料。

得到初级炭料后，本发明将所述初级炭料浸渍在包括高锰酸钾和硝酸的溶液中进行改性，得到生物质炭。在本发明中，所述包括高锰酸钾和硝酸的溶液中，KMnO₄的浓度优选为0.1～0.2mol/L，更优选为0.12～0.17mol/L，再优选为0.15mol/L；HNO₃的质量浓度为35～50％，更优选为40～45％，最优选为40％。在本发明中，初级炭料与包括高锰酸钾和硝酸钾的溶液的用量比优选为1～3g∶10mL，更优选为1.5～2.5g∶10mL，再优选为2.0g∶10mL。

在本发明中，进行所述改性时，优选在加热和搅拌条件下进行，所述加热的温度优选为75～80℃，更优选为80℃；保温的时间优选为2～3h，更优选为2.5h；所述搅拌的速度优选使混合料液均匀受热即可。

改性后，本发明优选对改性后的物料依次进行过滤、洗涤和干燥，得到生物质炭；所述过滤采用抽滤，洗涤所用试剂为去离子水，干燥优选为自然风干。

本发明优选在上述条件下制备生物质炭，能够得到适于吸附沉淀重金属离子的孔隙结构。

以所述硅藻土的质量份计，本发明所述的复合土壤修复试剂包括生石灰5～15份，优选为5.5～14份，再优选为6～13份。

以所述硅藻土的质量份计，本发明所述的复合土壤修复试剂包括腐植酸钠5～8份，优选为5.5～7.5份，更优选为6～7.5份，再优选为6～7份。

以所述硅藻土的质量份计，本发明所述的复合土壤修复试剂包括聚丙烯酸钠1～3份，优选为1.5～2.5份，再优选为1.8～2份。

本发明提供的复合土壤修复试剂对不同种类的重金属离子具有优异的吸附固定能力。去除率(％)＝修复试剂中重金属含量/修复前土壤中重金属含量，其中，修复试剂中重金属含量通过测量浸渍液中重金属含量得到，所述浸渍液优选是将土壤样品和水按照1∶20～30的质量比混合，机械搅拌40～50h，过滤得到。本发明提供的复合土壤修复剂对土壤中Pb离子的去除率达到95.0％以上，铜离子的去除率达到96.5％以上，Cd离子的去除率达到90.0％以上。

本发明还提供了上述技术方案所述复合土壤修复试剂的制备方法，包括将复合土壤修复试剂的各组分混合，搅拌均匀。在本发明中，所述混合的方式优选为：将生石灰、腐植酸钠和聚丙烯酸钠混合，然后将所得混合料与剩余组分混合，得到复合土壤修复试剂。本发明先将生石灰、腐植酸钠和聚丙烯酸钠混合，再与硅藻土和生物质炭混合，能使各组分均匀分散，得到组分均一的复合土壤修复试剂。在本发明中，所述混合优选在混合机中进行。

本发明还提供了上述技术方案所述复合修复剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的复合土壤修复试剂在修复污染土壤中的应用，包括将复合土壤修复试剂与水混合，然后将所得混合料液喷洒在待修复污染土壤中，再进行翻耕。

在本发明中，所述复合土壤修复试剂与水的质量比优选为1∶200～300，更优选为1∶200。本发明对所述复合土壤修复试剂与水的混合方式没有特殊要求，能将二者复合土壤修复试剂完全分散即可。本发明将复合土壤修复试剂与水混合，利用水的渗透性使复合土壤修复试剂中的各功能组分进入土壤深层，促进复合土壤修复试剂对重金属离子的吸附固定。

得到复合土壤修复试剂与水的混合料液后，本发明将所述混合料液喷洒至待修复污染土壤中。本发明对所述喷洒的方式没有特殊要求，能将混合料液均匀喷洒至待修复污染土壤中即可。本发明对所述混合料液的喷洒量没有特殊要求，根据土壤的污染程度进行喷洒即可。

将混合料液喷洒至待修复污染土壤中后，本发明对待修复土壤进行翻耕；所述翻耕的深度优选为15～30cm，更优选为18～25cm，再优选为20～23cm；翻耕的次数优选为1～5，更优选为2～3；相邻两次翻耕的间隔时间为1～3天，更优选为1～2天。

需要说明的是，在实际的土壤修复过程中，可以根据试剂情况对污染土壤进行多次修复，直至将土壤中的重金属含量修复至所需标准。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种复合土壤修复剂及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

生物质炭的制备：将玉米秸秆进行粉碎，过100目筛，然后在285℃下，保温2h，进行热处理，再将所得初级炭料(50g)置于高锰酸钾和硝酸的混合液中(KMnO₄浓度为0.15mol/L，HNO₃的质量浓度40％，体积为500mL)，80℃下保温2h，抽离、用去离子水洗涤3次，自然风干后得到生物质炭。

按表1所示用量配料，先将生石灰、腐植酸钠和聚丙烯酸钠在混料机中混合，然后加入剩余其它物料，混合均匀后得到复合土壤修复剂。

实施例2

生物质炭的制备：将玉米秸秆进行粉碎，过100目筛，然后在290℃下，保温2.5h，进行热处理，再将所得初级炭料(50g)置于高锰酸钾和硝酸的混合液中(KMnO₄浓度为0.1mol/L，HNO₃的质量浓度45％，体积为500mL)，80℃下保温2h，过滤、洗涤和干燥后得到生物质炭；其余步骤同实施例1。

实施例3

生物质炭的制备：将木材废弃料进行粉碎，过100目筛，然后在282℃下，保温2h，进行热处理，再将所得初级炭料(50g)置于高锰酸钾和硝酸的混合液中(KMnO₄浓度为0.2mol/L，HNO₃的质量浓度35％，体积为500mL)，75℃下保温2h，过滤、洗涤和干燥后得到生物质炭。其余步骤同实施例1

对比例1

与实施例1相同，不同之处在于不添加生物质炭。

对比例2

对实施例1相同，不同之处在于不添加生石灰和聚丙烯酸钠。

表1实施例和对比例提供的复合土壤修复试剂组成及含量(质量份)

组分	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
						硅藻土	35	37	30	35	35
生物质炭	12	15	20	0	12
						生石灰	10	13	8	10	0
腐植酸钠	6	5	7.5	6	6
						聚丙烯酸钠	1.5	2.5	2	1.5	0

性能测试

制备如表2所示的含铜、铅和镉的污染土壤样品作为待修复土壤；

将5g修复试剂与200g水混合，喷洒至待修复土壤(10g)中，搅拌48h，过滤，测浸出液中重金属离子的含量。计算得到复合修复试剂对重金属离子的去除率，结果列于表2中。

表2实施例和对比例所得复合土壤修复试剂的性能测试结果

由表2的测试结果可知，本发明提供的复合土壤修复剂能够对土壤样品中不同浓度含量的，不同重金属离子进行有效吸附和固定，而在省略生物质炭(对比例1)、省略生石灰和聚丙烯酸钠(对比例2)的条件下，修复试剂对土壤中污染物的去除效果受到影响，说明本发明提供的修复试剂各组分之间存在协同促进的作用。

由以上实施例和应用例可知，本发明提供的复合土壤修复试剂能够对不同的重金属离子进行有效吸附和固定，避免重金属在土壤和农作物中的扩散，具有潜在的推广和应用价值。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims

1.一种复合土壤修复试剂，包括以下质量份的组分：硅藻土30～40份，生物质炭10～25份，生石灰5～15份，腐植酸钠5～8份和聚丙烯酸钠1～3份。

2.如权利要求1所述的复合土壤修复试剂，其特征在于，所述硅藻土的孔体积优选为0.50～0.90cm³/g。

3.如权利要求1或2所述的复合土壤修复试剂，其特征在于，所述生物质炭的制备方法包括以下步骤：

对生物质炭的制备原料进行热处理，得到初级炭料；

4.如权利要求3所述的复合土壤修复试剂，其特征在于，所述生物质炭的制备原料包括木材废料、稻草或农作物废弃料。

5.如权利要求3所述的复合土壤修复试剂，其特征在于，所述热处理的温度为280～300℃，时间为2～4h。

6.如权利要求3所述的复合土壤修复试剂，其特征在于，所述包括高锰酸钾和硝酸的溶液中，KMnO₄的浓度为0.1～0.2mol/L，HNO₃的质量浓度为35～50％。

7.权利要求1～6任一项所述复合土壤修复试剂的制备方法，包括将复合土壤修复试剂的各组分混合，搅拌均匀。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混合的方式为：将生石灰、腐植酸钠和聚丙烯酸钠混合，然后将所得混合料与剩余组分混合，得到复合土壤修复试剂。

9.权利要求1～6任一项所述的复合土壤修复试剂或权利要求7或8所述制备方法制备得到的复合土壤修复试剂在修复污染土壤中的应用，包括将复合土壤修复试剂与水混合，然后将所得混合料液喷洒在待修复污染土壤中，再进行翻耕。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述翻耕的深度为15～30cm，翻耕的次数为1～5，相邻两次翻耕的间隔时间为1～3天。