CN111117636A - 一种磷基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用，属于土壤重金属污染修复技术领域。本发明涉及的磷基重金属钝化剂的制备方法包括以下步骤：取适量在60℃下烘干的壳聚糖粉末，溶解于乙酸中，制得壳聚糖质量百分数为4‑8％的壳聚糖‑乙酸混合液；将硝酸钙和磷酸二氢钾按照质量比10∶1‑10∶4混合后，加入到壳聚糖‑乙酸混合液中，并搅拌使其溶解后，加入适量氢氧化钠溶液使固体析出；静置8‑14h后，用蒸馏水清洗析出固体至中性，烘干后研磨至80目粉末，制得磷基重金属钝化剂。本发明涉及的磷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。本发明涉及的磷基重金属钝化剂的原料丰富，使用方法简单，可应用于镉‑铅复合污染土壤的修复。

Description

一种磷基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染修复技术领域，具体涉及一种磷基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用。

背景技术

土壤作为水体污染、大气污染和固体废物的受体，其污染形势在城镇化和工业化的快速发展过程中越来越严峻，其中，土壤重金属污染问题尤为突出。由于重金属具有极强的生物毒性，一旦进入土壤不容易被清除，会直接影响农产品安全进而通过食物链威胁人类的健康。因此，重金属污染土壤的修复已引起人们的高度重视。

目前，国内外土壤重金属污染的修复治理技术主要包括物理修复、化学修复和生物修复技术。物理修复技术普遍成本高且易破坏土地结构，生物修复由于周期长、效率低而很少被采用。相较之下，钝化稳定技术因简便、成本低、修复快而得到广泛的研究与应用。根据钝化剂的性质，可将钝化剂分为无机类(石灰、赤石、金属氧化物等)、有机类(堆肥、城市污泥、动物粪便)、微生物类(还原类菌、菌根等与其他钝化剂复合使用)和复合类。石灰类钝化剂虽然是目前应用比较成熟的钝化剂，但石灰钝化剂是典型的的碱性钝化剂，使用效果受土壤pH影响较大，长期施用石灰还可能破坏土壤结构，影响土著微生物的丰度和群落结构，造成土壤板结和养分流失；赤石的颗粒细小、比表面积大、费用低，但其本身含有放射性元素和重金属，可能造成二次污染；同样，动物粪便中也会含有重金属，会造成二次污染；堆肥化过程仍存在重金属钝化率不高的问题；微生物类钝化剂由于技术上的难度未得到广泛应用；复合类钝化剂虽有叠加钝化效果，但会对土壤理化性质产生显著的影响。由此可见，这些钝化剂都存在各自的不足之处。

相较之下，磷酸盐是一种廉价的的矿质盐。在土壤中加入磷酸盐后，可促使重金属从有效态向残渣态转化，将土壤重金属离子转化为稳定的磷酸盐沉淀，已有研究证明磷酸盐对多种重金属有良好的固定作用，尤其是对铅的治理具有很好的效果。另外，磷作为植物生长的重要营养元素之一，向土壤中施加含磷物质，一方面能促进植物对镉的吸收和积累，另个一方面还有益于植物的生长。因此，以磷酸盐为主要材料，并对其进行改性，开发磷基钝化剂，既能给农田土壤提供植物养分，又能作为土壤重金属污染的钝化修复材料，将对农田土壤的污染修复和治理具有重要的意义。所以，针对磷基材料的特性和适用范围，将土壤重金属污染修复与农作物增产相结合，以高含磷矿物材料为原料，以磷的固定作用为手段，在深入解析磷酸盐钝化剂对重金属的钝化、稳定化与抑制机理基础上，开发对多种重金属具备吸附、沉淀与生物抑制功能且有利于农作物生长的长效磷基土壤重金属钝化剂具有重要的实际意义。

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，所制备的磷基钝化剂对于镉-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：一种磷基土壤重金属钝化剂的制备和应用，包括以下步骤：

步骤一，取适量壳聚糖粉末，置于60℃下烘干6h，冷却后待用；

步骤二，取适量体积分数为2％的乙酸溶液；

步骤三，按照重量百分比含量，将步骤一中所获得的壳聚糖粉末(4-8％)溶于步骤二中所获得的乙酸溶液中，搅拌，混合均匀，得到澄清透明的壳聚糖-乙酸混合液；

步骤四，将硝酸钙和磷酸二氢钾按照质量比10∶1-10∶4加入到步骤三所获得的壳聚糖-乙酸混合液中，搅拌至全部溶解；

步骤五，在步骤四所获得的混合液中，加入适量的氢氧化钠溶液使固体析出，静置8-14h后，用蒸馏水清洗析出固体至中性；

步骤六，将步骤五析出所获得的固体置于60℃下烘干，冷却至室温，研磨至80目粉末，得到磷基钝化剂；

步骤七，本发明所制备的磷基钝化剂，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0.2-0.6克磷基钝化剂。

优选的是，所述步骤三中壳聚糖的重量百分比为5％。

优选的是，所述步骤四中硝酸钙和磷酸二氢钾按照质量比为10∶3。

优选的是，所述步骤五中静置时间为12h。

优选的是，所述步骤七中在每千克风干土壤中施用0.5克磷基钝化剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所选用的磷基钝化剂制备材料，原料简单，使用方法简单，可应用于镉-铅复合污染土壤的治理。本发明适用范围广，可以有效提高土壤pH值，降低土壤中镉和铅的有效态含量。本发明的农业施加难度低，制备工艺简单，具有缓释、高效等特点，适于大规模推广应用。且本产品对多种重金属镉和铅有良好的吸附能力，具有很高的经济效益。

附图说明

图1 磷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 磷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。

本发明公开了一种磷基土壤重金属钝化剂的制备方法及其应用，钝化剂制备方法包括以下步骤：取适量壳聚糖粉末，在60℃下烘干，按照质量分数4-8％的比例溶解于乙酸中，制得壳聚糖-乙酸混合液；将硝酸钙和磷酸二氢钾按照质量比10∶1-10∶4加入到壳聚糖-乙酸混合液中，搅拌溶解后加入适量氢氧化钠溶液使固体析出；静置8-14h后，用蒸馏水清洗析出固体至中性，烘干后研磨至80目粉末，制得磷基重金属钝化剂。

磷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0.5克磷基钝化剂，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60天后，土壤中镉和铅的有效态含量分别为：0.12和12.4mg/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7.47。

磷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0.5克磷基钝化剂，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60天后，土壤中镉和铅的有效态含量分别为：7.32和265.3mg/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7.60。

本发明基于磷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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种磷基土壤重金属钝化剂的制备及其应用，其特征在于，包括以下步骤：

S1)：取适量壳聚糖粉末，置于60℃下烘6h，冷却后待用；

S2)：取适量体积分数为2％的乙酸溶液；

S3)：按照重量百分比含量，将4-8％S1中所获得的壳聚糖粉末溶于S2所获得的乙酸溶液中，搅拌，混合均匀；

S4)：将硝酸钙和磷酸二氢钾按照质量比10∶1-10∶4加入到S3所获得的壳聚糖-乙酸混合液中，搅拌至全部溶解；

S5)：在S4所获得的混合液中，加入适量的氢氧化钠溶液使固体析出，静置8-14h后，用蒸馏水清洗析出固体至中性；

S6)：将S5所获得的的固体置于60℃下烘干，冷却至室温，研磨至80目粉末，得到磷基钝化剂。

2.根据权利1所述的制备方法制备所得的磷基土壤重金属钝化剂的用途，其特征在于，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所述的的磷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0.2-0.6克磷基钝化剂，对土壤重金属镉和铅的钝化效果良好。

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