CN110776919A - 一种用于重金属土壤修复的稳定化材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于重金属土壤修复的稳定化材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于重金属土壤修复的稳定化材料及其制备方法，稳定化材料包括以下重量份的原料：甘蔗渣70‑90份、膨胀石墨5‑8份、粉煤灰15‑26份、膨润土3‑7份、腐殖酸3‑6份、天然高分子絮凝剂1.5‑3份；制备方法包括以下步骤：(1)将甘蔗渣粉碎过筛，得甘蔗渣粉，置于炭化炉中，制备半炭化甘蔗渣粉；(2)将半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、天然高分子絮凝剂在搅拌罐中混合均匀，即得稳定化材料；本发明以甘蔗渣为主要原料，可变废为宝，与其他物质相互配合，可使制备得到的稳定化材料对于重金属土壤具有很好的修复效果，使土壤中的重金属的浸出浓度有效降低，并且土壤的理化性质和微生态环境得到有效改善。

Description

一种用于重金属土壤修复的稳定化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种用于重金属土壤修复的稳定化材料及其制备方法。
背景技术
土壤是全人类赖以生存的最重要自然资源之一，也是生态环境系统重要的组成部分。随着工农业经济的快速发展，全国土壤重金属污染问题越发突出。携带大量重金属离子的工业、生活污水排向河道、耕地以及农用化肥、除草剂等的过量使用、金属矿山的无序开采、矿石的冶炼、工业固体废物、医疗废物以及生活垃圾的随意倾倒，这些都是造成土壤重金属污染现状的罪魁祸首。重金属在土壤中不易随水淋溶，难被生物降解，具有明显的生物富集表征，有隐蔽性、不可逆性、普遍性、长期性、表聚性等显著特点，如果土壤中的重金属含量积累超过了其自净承载净化能力时，就会对地上植物和地下土壤微生物产生毒害，这不仅会造成农作物的产量和质量品质的下降，还通过一定的生物链影响农副产品的食用安全，土壤的重金属污染问题已经引起了全世界的广泛重视。对土壤重金属污染的各种修复技术研究也成为当前环保工作者研究的热门课题之一。
其中物理修复是指用物理的原理和方法来解决土壤重金属污染问题。物理修复技术的优点是能够比较彻底地清除被污染土壤中的重金属，具有稳定、不受土壤条件限制，但工程量大、治理费用高，并且更换下来的土壤没有更好的处置场所。化学修复技术就是向被重金属污染土的壤中加入一定量的钝化剂、抑制剂、吸附剂等化学试剂，这些化学试剂通过与重金属发生氧化、还原、吸附、螯合、沉淀、抑制等反应，进而降低重金属的生物有效性，减轻毒害作用。比如可以加入EDTA淋洗剂，土壤中的重金属就会通过鳌合作用，被分离出来，并且不破坏土壤本身的结构。化学修复技术优点是作为一种原位修复技术，成本低，能够改良大面积的污染土地，方法简单，易于实施，尤其是对于轻中度重金属污染的土壤，该类技术修复效果显著，
甘蔗渣是制糖工业的主要副产品，属于典型的农业固体废弃物。其成分接近木质材料，可以作为替代部分木材的原料，但到目前为止利用率还很低。因此，开发甘蔗渣的利用途径，提高甘蔗渣的利用效率是减少其废弃的重要途径。而现有技术中，将甘蔗渣多为制备修复重金属土壤修复材料的报告并不多见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于重金属土壤修复的稳定化材料及其制备方法，以甘蔗渣为主要原料，可变废为宝，与其他物质相互配合，可使制备得到的稳定化材料对于重金属土壤具有很好的修复效果，使土壤中的重金属的浸出浓度有效降低，并且土壤的理化性质和微生态环境得到有效改善。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣70-90份、膨胀石墨5-8份、粉煤灰15-26份、膨润土3-7份、腐殖酸3-6份、天然高分子絮凝剂1.5-3份。
优选地，所述用于重金属土壤修复的稳定化材料包括以下重量份的原料：甘蔗渣82份、膨胀石墨7份、粉煤灰22份、膨润5份、腐殖酸5份、天然高分子絮凝剂2份。
优选地，所述膨胀石墨的膨胀倍率为0.1-0.2m3/kg。
优选地，所述膨润土中蒙脱石含量为70-80％。
优选地，所述腐植酸为泥炭腐植酸。
优选地，所述天然高分子絮凝剂为淀粉、纤维素或壳聚糖。
优选地，所述膨胀石墨的粒度为100-200目；所述粉煤灰的粒度为80-200目；所述膨润土的粒度为150-300目；所述腐植酸的粒度为100-200目；所述天然高分子絮凝剂的粒度为200-500目。
本发明用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下升温至190-205℃，并保温20-30min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至80-90℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、天然高分子絮凝剂在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
优选地，步骤(1)中，在氮气气氛下以2-5℃/min的速度缓慢升温至190-205℃。
本发明的有益效果是：
本发明以甘蔗渣为主要原料，可以变废为宝，可充分提高甘蔗渣的利用效率，在本发明中，将甘蔗渣进行半炭化处理后，所得到的半炭化甘蔗渣可高效地吸附土壤中的重金属离子，并可在土壤形成团粒结构，使土壤结构以及物理特征均逐渐趋向于稳定，使土壤保水保肥能力逐渐提高。同时半炭化的甘蔗渣粉相对于全炭化的甘蔗渣粉(甘蔗渣活性炭)来说，其在土壤中的稳定性更高，持续作用的时间更长，且制备半炭化甘蔗渣粉所消耗的能耗更低。
在此基础上，配合适量的膨胀石墨，膨胀石墨较半炭化的甘蔗渣粉其吸附更快，加入膨胀石墨是为了提升重金属土壤修复的快速性，而半炭化的甘蔗渣粉主要为保持土壤修复的持续性。
本发明中加入适量的天然高分子絮凝剂，有利于重金属离子的聚集吸附，同时其还可改善土壤中微生物的数量，改善微生态环境。而加入的腐植酸可为土壤提供肥力，改善土壤物理结构和微生态环境，并在一定程度上促进重金属污染的修复。
在以上基础上，加入适量的粉煤灰，也可变废为宝，并可加强对重金属的吸附，并且改善土壤理化性质，加入的膨润土也同样可增加稳定化材料吸附重金属的性能。
本发明中各物质相互配合，可使制备得到的稳定化材料对于重金属土壤具有很好的修复效果，使土壤中的重金属含量有效降低，并且土壤的理化性质和微生态环境得到有效改善。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣(被烘干后的甘蔗渣)82份、膨胀石墨7份、粉煤灰22份、膨润5份、腐殖酸5份、壳聚糖2份。
上述用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣(被烘干后的甘蔗渣)粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下以3℃/min的速度缓慢升温至195℃，并保温25min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至85℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、壳聚糖在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
实施例2：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣85份、膨胀石墨5份、粉煤灰20份、膨润土4份、泥炭腐植酸5份、壳聚糖2.5份。
上述用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下以4.5℃/min的速度缓慢升温至205℃，并保温25min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至90℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、壳聚糖在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
实施例3：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣75份、膨胀石墨7份、粉煤灰18份、膨润土6份、泥炭腐植酸5份、纤维素2.5份。
上述用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下以4℃/min的速度缓慢升温至190℃，并保温28min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至85℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、纤维素在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料
实施例4：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣90份、膨胀石墨5份、粉煤灰20份、膨润土5份、泥炭腐植酸3份、淀粉3份。
上述用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下以2℃/min的速度缓慢升温至200℃，并保温30min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至85℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、淀粉在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
实施例5：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣70份、膨胀石墨7份、粉煤灰15份、膨润土3份、泥炭腐植酸4份、淀粉1.5份。
上述用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下以3.5℃/min的速度缓慢升温至205℃，并保温20min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至80℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、淀粉在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
实施例6：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣80份、膨胀石墨8份、粉煤灰26份、膨润土7份、泥炭腐植酸6份、壳聚糖2份。
上述用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下以5℃/min的速度缓慢升温至190℃，并保温25min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至85℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、壳聚糖在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
实施例7：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，包括以下重量份的原料：甘蔗渣82份、膨胀石墨7份、粉煤灰22份、膨润5份、泥炭腐植酸5份、壳聚糖2份。
上述用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下以3℃/min的速度缓慢升温至205℃，并保温30min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至85℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、壳聚糖在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
对比例1：
一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，所用原料种类及配比均同实施例7，制备方法为：(1)将甘蔗渣按常规方法制备成甘蔗渣活性炭粉；(2)将经步骤(1)得到的甘蔗渣活性炭粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、壳聚糖在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
在本发明实施例1-7以及对比例1中，膨胀石墨的膨胀倍率为0.1-0.2m3/kg；膨润土中蒙脱石含量为70-80％。膨胀石墨的粒度为100-200目；粉煤灰的粒度为80-200目；膨润土的粒度为150-300目；腐植酸的粒度为100-200目；天然高分子絮凝剂的粒度为200-500目。
将重金属污染的土壤平均分为8份，并分别加入上述实施例1-7以及对比例1中制备得到的稳定化材料，其中稳定化材料加入量为重金属污染土壤质量的3％，搅拌均匀后进行20天的修复。
采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)中规定的浸提方式，并采用ICP-MS法进行Cd、Cu、Pb、Zn含量的测定。
根据国家标准GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》标准中的规定值作为重金属浸出效果是否达标的依据。
其中原始重金属污染土壤的金属浸出浓度以及GB5085.3-2007标准值如表1所示。
表1:
Figure BDA0002267465470000081
Figure BDA0002267465470000091
实施例1-7以及对比例1中稳定化材料处理重金属污染土壤后，土壤中金属浸出浓度的检测结果如表2所示。
表2：
Cd/mg·L<sup>-1</sup> Pb/mg·L<sup>-1</sup> Cu/mg·L<sup>-1</sup> Zn/mg·L<sup>-1</sup>
实施例1 0.12 0.22 0.29 1.36
实施例2 0.26 0.42 0.61 1.69
实施例3 0.34 0.46 0.52 1.58
实施例4 0.18 0.36 0.46 1.94
实施例5 0.41 0.51 0.53 1.46
实施例6 0.36 0.37 0.68 1.85
实施例7 0.20 0.32 0.38 1.73
对比例1 0.38 0.62 0.91 2.64
由表1可表2可知，本发明制备得到的用于重金属土壤修复的稳定化材料可有效降低重金属土壤中的重金属浸出浓度，修复效果明显，由实施例7与对比例1相比可知，在稳定化材料中，半炭化得到的甘蔗渣粉其效果还要略好于全碳化甘蔗渣粉。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于重金属土壤修复的稳定化材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：甘蔗渣70-90份、膨胀石墨5-8份、粉煤灰15-26份、膨润土3-7份、腐殖酸3-6份、天然高分子絮凝剂1.5-3份。
2.根据权利要求1所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：甘蔗渣82份、膨胀石墨7份、粉煤灰22份、膨润5份、腐殖酸5份、天然高分子絮凝剂2份。
3.根据权利要求1所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料，其特征在于，所述膨胀石墨的膨胀倍率为0.1-0.2m3/kg。
4.根据权利要求1所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料，其特征在于，所述膨润土中蒙脱石含量为70-80％。
5.根据权利要求1所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料，其特征在于，所述腐植酸为泥炭腐植酸。
6.根据权利要求1所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料，其特征在于，所述天然高分子絮凝剂为淀粉、纤维素或壳聚糖。
7.根据权利要求1所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料，其特征在于，所述膨胀石墨的粒度为100-200目；所述粉煤灰的粒度为80-200目；所述膨润土的粒度为150-300目；所述腐植酸的粒度为100-200目；所述天然高分子絮凝剂的粒度为200-500目。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣粉碎后过100目筛，得甘蔗渣粉，然后置于炭化炉中，在氮气气氛下升温至190-205℃，并保温20-30min，然后停止加热，再于氮气气氛下自然降温至80-90℃，再将甘蔗渣粉取出，得半炭化甘蔗渣粉；
(2)将经步骤(1)得到的半炭化甘蔗渣粉、膨胀石墨、粉煤灰、膨润土、腐殖酸、天然高分子絮凝剂在搅拌罐中混合均匀，即得所述稳定化材料。
9.根据权利要求8所述的用于重金属土壤修复的稳定化材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在氮气气氛下以2-5℃/min的速度缓慢升温至190-205℃。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200211

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