CN111085532A - 一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干，将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒，将生物质晾干、破碎，经加热处理后，将高硫煤矸石颗粒加入到生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，将还原剂溶液加入到混合物中，搅拌反应、烘干、冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料、加水至淹没土壤。本发明处理效率高，用高硫煤矸石改性生物炭，材料成本低，降低了土壤重金属污染修复的成本，提高了社会经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤重金属修复领域，具体是一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法。
背景技术
土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染，污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素，主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂，过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应，重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，有色金属砷、铅、镉等复合污染土壤的现象在我国部分地方比较普遍，在某些有色金属矿区及冶炼厂周边地区尤为严重，土壤中砷、铅、镉平均含量均远远超过 GB15618-1995《土壤环境质量标准》中为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值(As邻mg/kg，Pb5500mg/kg，C的mg/kg)，目前治理砷、铅、镉复合污染土壤的方法主要有农业生态法、工程技术法和生物修复法，农业生态法包括两方面，一是农业生态调控法，如调节土壤pH值、土壤水分、氧化-还原电位(Eh)等；二是农艺修复法，包括改变耕作制度、选种抗砷、铅、镉复合污染农作物品种、选择合适形态的化肥等，农业生态法的主要机理为固化土壤中的砷、铅、镉等有害元素，增加土壤对其的吸持能力，降低土壤中相应有害元素向植物的迁移速率，能在一定程度上有效地降低砷、铅、镉等对人体健康的威胁，但是这种方法解决土壤砷、镉复合污染问题效率低，年限长，针对这种情况，现提出一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，处理效率高，用高硫煤矸石改性生物炭，材料成本低，降低了土壤重金属污染修复的成本，提高了社会经济效益，同时方法易于操作，无需专业人员，利于方法的推广，有利于保护环境。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，包括如下步骤：
S1:利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干；
S2:将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒；
S3:将生物质晾干、破碎，经加热处理后，继续升温到300℃～800℃，保温 3～12小时，停止加热；
S4:将S2中得到的高硫煤矸石颗粒加入到S3制备的生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为9～50：1，搅拌混合；
S5:将质量百分比为0.01～10％的还原剂溶液加入到S4制备的混合物中，搅拌反应2～6小时，在300℃～800℃温度下烘干，冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料；
S6:按照改性生物炭材料与土壤质量比为1:10～1:500的比例，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料；
S7:向处理的土壤中加水至淹没土壤。
进一步地，所述高硫煤矸石成分以质量百分比计，包括SiO2：35％～45％， Al2O3：10％～20％，Fe2O3：10％～20％，SO3:5％～10％。
进一步地，所述S7中的重金属污染土壤为砷镉复合污染土壤。
进一步地，所述S6中改性生物炭材料与土壤最佳质量比为3:100。
本发明的有益效果：
1、本发明处理效率高，用高硫煤矸石改性生物炭，材料成本低，降低了土壤重金属污染修复的成本；
2、本发明提高了社会经济效益，同时方法易于操作，无需专业人员，利于方法的推广，有利于保护环境。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，包括如下步骤：
S1:利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干，高硫煤矸石成分以质量百分比计，包括SiO2：35％～45％，Al2O3：10％～20％，Fe2O3：10％～20％， SO3:5％～10％；
S2:将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒；
S3:将生物质晾干、破碎，经加热处理后，继续升温到300℃～800℃，保温 3～12小时，停止加热；
S4:将S2中得到的高硫煤矸石颗粒加入到S3制备的生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为9～50：1，搅拌混合；
S5:将质量百分比为0.01～10％的还原剂溶液加入到S4制备的混合物中，搅拌反应2～6小时，在300℃～800℃温度下烘干，冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料；
S6:按照改性生物炭材料与土壤质量比为1:10～1:500的比例，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料，重金属污染土壤为砷镉复合污染土壤；
S7:向处理的土壤中加水至淹没土壤。
实施例1
一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，包括如下步骤：
S1:利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干，高硫煤矸石成分以质量百分比计，包括SiO2：35％～45％，Al2O3：10％～20％，Fe2O3：10％～20％， SO3:5％～10％；
S2:将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒；
S3:将生物质晾干、破碎，经加热处理后，继续升温到300℃～800℃，保温3～12小时，停止加热；
S4:将S2中得到的高硫煤矸石颗粒加入到S3制备的生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为9～50：1，搅拌混合；
S5:将质量百分比为0.01～10％的还原剂溶液加入到S4制备的混合物中，搅拌反应2～6小时，在300℃～800℃温度下烘干，冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料；
S6:按照改性生物炭材料与土壤质量比为1:100的比例，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料，重金属污染土壤为砷镉复合污染土壤；
S7:向处理的土壤中加水至淹没土壤。
对处理后的土壤中砷、镉的含量进行检测，砷含量降低了60％，镉含量降低了62％。
实施例2
一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，包括如下步骤：
S1:利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干，高硫煤矸石成分以质量百分比计，包括SiO2：35％～45％，Al2O3：10％～20％，Fe2O3：10％～20％， SO3:5％～10％；
S2:将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒；
S3:将生物质晾干、破碎，经加热处理后，继续升温到300℃～800℃，保温 3～12小时，停止加热；
S4:将S2中得到的高硫煤矸石颗粒加入到S3制备的生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为9～50：1，搅拌混合；
S5:将质量百分比为0.01～10％的还原剂溶液加入到S4制备的混合物中，搅拌反应2～6小时，在300℃～800℃温度下烘干，冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料；
S6:按照改性生物炭材料与土壤质量比为5:100的比例，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料，重金属污染土壤为砷镉复合污染土壤；
S7:向处理的土壤中加水至淹没土壤。
对处理后的土壤中砷、镉的含量进行检测，砷含量降低了79％，镉含量降低了73％。
实施例3
一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，包括如下步骤：
S1:利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干，高硫煤矸石成分以质量百分比计，包括SiO2：35％～45％，Al2O3：10％～20％，Fe2O3：10％～20％， SO3:5％～10％；
S2:将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒；
S3:将生物质晾干、破碎，经加热处理后，继续升温到300℃～800℃，保温 3～12小时，停止加热；
S4:将S2中得到的高硫煤矸石颗粒加入到S3制备的生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为9～50：1，搅拌混合；
S5:将质量百分比为0.01～10％的还原剂溶液加入到S4制备的混合物中，搅拌反应2～6小时，在300℃～800℃温度下烘干，冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料；
S6:按照改性生物炭材料与土壤质量比为3:100的比例，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料，重金属污染土壤为砷镉复合污染土壤；
S7:向处理的土壤中加水至淹没土壤。
对处理后的土壤中砷、镉的含量进行检测，砷含量降低了79％，镉含量降低了73％。
实施例4
一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，包括如下步骤：
S1:利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干，高硫煤矸石成分以质量百分比计，包括SiO2：35％～45％，Al2O3：10％～20％，Fe2O3：10％～20％， SO3:5％～10％；
S2:将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒；
S3:将生物质晾干、破碎，经加热处理后，继续升温到300℃～800℃，保温 3～12小时，停止加热；
S4:将S2中得到的高硫煤矸石颗粒加入到S3制备的生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为9～50：1，搅拌混合；
S5:将质量百分比为0.01～10％的还原剂溶液加入到S4制备的混合物中，搅拌反应2～6小时，在300℃～800℃温度下烘干，冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料；
S6:按照改性生物炭材料与土壤质量比为1:50的比例，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料，重金属污染土壤为砷镉复合污染土壤；
S7:向处理的土壤中加水至淹没土壤。
对处理后的土壤中砷、镉的含量进行检测，砷含量降低了62％，镉含量降低了65％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (4)
1.一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:利用高硫煤矸石改性生物炭，将粉碎后的高硫煤矸石用柠檬酸溶液淋洗，除去高硫煤矸石中的重金属，再将淋洗后高硫煤矸石烘干；
S2:将淋洗烘干后的高硫煤矸石用纳米级球磨机磨至纳米级颗粒；
S3:将生物质晾干、破碎，经加热处理后，继续升温到300℃～800℃，保温3～12小时，停止加热；
S4:将S2中得到的高硫煤矸石颗粒加入到S3制备的生物炭材料中，得到铁和生物炭的混合物，其中碳与铁的质量百分比为9～50：1，搅拌混合；
S5:将质量百分比为0.01～10％的还原剂溶液加入到S4制备的混合物中，搅拌反应2～6小时，在300℃～800℃温度下烘干，冷却、晾干和粉碎后，即得到改性生物炭材料；
S6:按照改性生物炭材料与土壤质量比为1:10～1:500的比例，向重金属污染土壤中加入改性生物炭材料；
S7:向处理的土壤中加水至淹没土壤。
2.根据权利要求1所述的一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法,其特征在于，所述高硫煤矸石成分以质量百分比计，包括SiO2：35％～45％，Al2O3：10％～20％，Fe2O3：10％～20％，SO3:5％～10％。
3.根据权利要求1所述的一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法,其特征在于，所述S7中的重金属污染土壤为砷镉复合污染土壤。
4.根据权利要求1所述的一种高硫煤矸石改性生物炭修复土壤重金属的方法,其特征在于，所述S6中改性生物炭材料与土壤最佳质量比为3:100。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200501 |