CN111019661A - 一种硅基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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唐舒婷
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Abstract

本发明公开了一种硅基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用，属于重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及的重金属钝化剂由以下重量百分数的各原料组成：碳酸钙5‑15％，硅藻土85‑95％。具体制备方法包括以下步骤：将碳酸钙与硅藻土混合均匀，于500‑800℃下焙烧120‑210min，取出后冷却至室温，得到硅基钝化剂。本发明涉及的硅基土壤重金属钝化剂对土壤重金属镉和铅的钝化效果好，适用范围广，可以有效降低土壤中镉和铅的有效态含量。本发明涉及的硅基重金属钝化剂的原料简单，制备方便，使用方法简单，可应用于镉‑铅复合污染土壤的修复。

Description

一种硅基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种硅基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用。
背景技术
随着工业的发展，土壤重金属污染问题给人类生活环境带来了极大威胁，由于重金属具有难降解，易迁移，高毒性的特点，这些重金属在自然条件下不但可以通过淋溶和侵蚀进入周围水体，还可以经由动植物吸收进入食物链。因此，将重金属固定于土壤中，减少动植物的吸收，是降低重金属进入食物链的有效方法之一。
常见的重金属污染土壤修复技术主要有物理修复、化学修复、生物修复和农业调控技术等。其中，化学钝化/固定技术由于其能快速、大幅度地降低重金属的生物有效性和毒性而被广泛运用。常见的无机钝化剂包括石灰性碱性物质，炭材料，粘土矿物和含磷材料等。然而，石灰性物质易加速土壤有机质分解，破坏使土壤结构，使用时必需加以控制；碳材料修复的重金属污染土壤易因碳的降解而导致重金属的再次释放；利用粘土矿物对重金属进行处理时，通常需要先对其进行改性，以增加其处理能力，但其效果受土壤和重金属类型影响；含磷材料修复土壤易引起富营养化，导致二次污染。碳酸盐钝化剂主要通过与重金属反应形成沉淀实现钝化目的，会对土壤理化性质产生显著的影响，并对作物造成减产等不良影响。可见，这些材料都有不同程度的缺点。
另外，土壤是农作物生长的重要资源，寻找既能补给农田作物养分，又能降低土壤重金属活性的钝化材料，将对重金属污染农田的修复具有重要意义。而富含硅元素的材料可能是一种较为理想的能满足以上条件的材料。首先，硅被国际土壤界认为是继氮、磷、钾之后第4种植物营养元素，可促进植物生长，而我国大量农田区域的土壤缺乏有效硅，而硅酸盐钝化剂具有补充硅源、促进作物增产的显著效果；其次，植物吸收硅元素后除了能增加生物质外还能促使植株分泌抗氧化酶来缓解重金属的毒害作用；此外，硅在施入土壤后也可降低土壤中重金属活性，减小土壤重金属的危害；并且，硅基重金属钝化剂适用于缺硅、偏酸性的土壤，对于轻-中度重金属污染农田不仅可抑制重金属对作物的毒害作用，并可促进禾本科植物(如稻谷、玉米、甘蔗等)增产。所以，针对硅基材料的特性和适用范围、我国农田土壤重金属污染与缺硅现状，在深入研究富硅物质对重金属的钝化、稳定化与抑制机理基础上，开发富硅物质对多种重金属具有吸附、沉淀、固定与生物有效性抑制功能，且有利于农作物生长的长效硅基钝化剂，对重金属污染土壤修复与治理具有重要意义。
发明内容
针对现有钝化剂存在诸多不足的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于治理重金属污染的钝化剂及其制备方法和应用，所制备的硅基钝化剂对于镉-铅复合污染土壤的重金属钝化效果好，适用范围广，可以有效提高土壤pH值，降低土壤中镉和铅的有效态含量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硅基土壤重金属钝化剂的制备和应用，包括以下步骤：
步骤一，按照重量百分比含量，将5-15％的碳酸钙与85-95％的硅藻土混合均匀。
步骤二，将上述混合均匀的原材料置于坩埚中，然后在500-800℃下焙烧120-210min，取出后冷却至室温，得到硅基钝化剂。
步骤三，本发明所制备的硅基钝化剂，其适用于镉-铅复合污染土壤的重金属钝化，其特征在于，按照重量百分比，在每千克风干镉-铅复合污染土壤中施用3.0-6.0克硅基钝化剂。
优选的是，所述步骤一中碳酸钙的重量百分比含量为10％。
优选的是，所述步骤一中硅藻土的重量百分比含量为90％。
优选的是，所述步骤二中焙烧温度为600℃，焙烧时间为180min。
优选的是，所述步骤三中在每千克风干土壤中施用5.0克硅基钝化剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所选用的硅基钝化剂制备材料，原料简单，制备方便，使用方法简单，可应用于镉-铅复合污染土壤的治理。本发明不会引入污染物，适用范围广，可以有效提高土壤pH值，降低土壤中镉和铅的有效态含量。本发明的原料普遍易得，且制备工艺简单，农业施加难度低，且本产品对多种重金属镉和铅有良好的吸附能力，此外硅酸盐可促进作物生产，具有很高的经济效益。
附图说明
图1硅基钝化剂添加对矿区上游土壤中镉、铅有效态含量的影响
图2硅基钝化剂添加对矿区下游土壤中镉、铅有效态含量的影响
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面通过具体较佳实施例结合效果试验例内容，进一步阐述本发明：实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明公开了一种硅基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用，钝化剂按重量百分比含量包括以下组分：5-15％的碳酸钙，85-95％的硅藻土，混合均匀后，在500-800℃下焙烧120-210min，取出后冷却至室温，得到硅基钝化剂。
硅基钝化剂的应用实例1：
实验所用土壤采自广西柳州市泗顶铅锌矿区上游，调查发现，该地区土壤为酸性土壤，重金属污染较严重，主要的重金属污染物为镉、铅和锌。按照《土壤环境质量标准》(GB15618-2018)中规定的重金属检测方法进行分析，镉和铅的有效态含量分别为：10.8和121.2mg/kg；土壤pH值为6.88。
取上述重金属污染土壤，按照每千克干土施用5.0克硅基钝化剂，搅拌均匀后，静置培养，保持土壤含水率60％。由图1可知，土壤中镉和铅的有效态含量随着培养时间的增加不断降低；培养90天后，土壤中镉和铅的有效态含量分别为：0.21和19.62mg/kg，显著降低了土壤中镉和铅的有效态含量；此时土壤pH值为7.41。
硅基钝化剂的应用实例2：
实验所用土壤采自广西柳州市泗顶铅锌矿区下游，调查发现，该地区土壤为酸性土壤，重金属污染较严重，主要的重金属污染物为镉、铅和锌。按照《土壤环境质量标准》(GB15618-2018)中规定的重金属检测方法进行分析，镉和铅的有效态含量分别为：30.6和1350.6mg/kg；土壤pH值为6.46。
取上述重金属污染土壤，按照每千克干土施用5.0克硅基钝化剂，搅拌均匀后，静置培养，保持土壤含水率60％。由图2可知，土壤中镉和铅的有效态含量随着培养时间的增加不断降低；培养90天后，土壤中镉和铅的有效态含量分别为：6.32和298.5mg/kg，显著降低了土壤中镉和铅的有效态含量；此时土壤pH值为7.23。
本发明基于硅基土壤重金属钝化剂的制备和应用，对土壤重金属镉和铅的钝化效果良好，适用土壤重金属浓度范围广，可以有效降低土壤中镉和铅的有效态含量，提高土壤的pH值。
以上所述，仅是本发明的较佳应用实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种硅基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用，其特征在于，包括以下步骤：
S1)：按照重量百分比含量，将5-15％的碳酸钙与85-95％的硅藻土混合均匀；
S2)：将S1中混合均匀的原材料于500-800℃下焙烧120-210min，取出后冷却至室温，得到硅基钝化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法制备所得的硅基土壤重金属钝化剂的用途，其特征在于：该钝化剂用于镉-铅复合污染土壤中重金属的钝化。
3.根据权利要求1所述的硅基土壤重金属钝化剂，其特征在于，按照重量百分比，在每千克风干镉-铅复合污染土壤中施用3.0-6.0克硅基钝化剂。
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