CN111534304A - 一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂及其制备方法和使用方法，属于土壤污染修复技术领域。包括：甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥35～40%、原煤8‑12%、纳米零价铁50～55%。上述一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的方法的技术方案，施用后土壤中重金属的有效态含量均显著降低，达到修复要求；并且本发明操作简单，价格便宜，具有长效性。在重金属污染的土壤修复过程中，需要根据各种钝化剂的修复特点，多种钝化剂配合使用，取长补短，协同作用，这样就能弥补各改良剂单一修复时存在的不足，发挥最大的阻控效果。

Description

一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂及其制备方法 和使用方法
技术领域
本发明属于土壤污染修复技术领域，具体为一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
镉Cd在地壳各类岩石中的平均含量为0.1～0.2mg/kg，全球范围内土壤中镉的背景值含量为0.01～2mg/kg，而在我国的背景值达0.017～0.332mg/kg。当土壤中的镉含量超过环境自身的可容量时，对土壤微生物、植物及人体健康都会造成无法修复的伤害。镉的中毒事件在近几年的报道中频繁出现，镉含量超标对于植物生长和人体健康都具有极大的危害。
目前对土壤重金属污染的修复方法主要有物理修复、生物修复和化学修复，每种修复措施都有优缺点。在不断研发与发展中，纳米材料在环境修复过程中, 由于其具有粒径小、比表面积大、表面活性高及还原能力强等优点, 起到了越来越重要的作用。纳米零价铁因其具有较大的比表面积和表面能，对许多水体中污染物有较强的反应脱附效果，已作为一种高效还原性修复材料被广泛应用于受污染水体的修复中。然而纳米零价铁制备工艺复杂，制备成本高，使用时易出现氧化、团聚等各种形式的失活，且使用后易进入人体造成生物毒性，使其在实际生活中的应用受到一定限制。利用载体对零价铁进行改性可以克服纳米零价铁易团聚且难以分离的缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂及其制备方法和使用方法的技术方案，施用后土壤中重金属的有效态含量均显著降低，达到修复要求。
所述的一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂，其特征在于包括：甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥35～40%、原煤8-12%、纳米零价铁50～55%。
所述的一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂，其特征在于甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥36～38%、原煤9-11%、纳米零价铁52～53%。
所述的一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂的制备方法，其特征在于：
1）糖厂滤泥是用亚硫酸法在制糖过程中采用石灰和二氧化硫作为澄清剂对甘蔗汁进行澄清处理，然后进行风干并过1.8-2.2mm筛，得到甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥；
2）将研磨后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥和原煤混合配比在一起，得到改性糖厂滤泥；
3）将改性糖厂滤泥与<2nm的纳米零价铁进行混合，得到钝化剂。
所述的一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂的使用方法，其特征在于：
1)首先将用于修复钝化的污染土壤表层土壤进行充分犁耙，以有利于土壤颗粒与钝化剂均匀混合；
2) 按照钝化剂添加量为土重的1%、3%、5%的比例，将钝化剂分别均匀施入污染土壤，并使土壤与钝化剂混合均匀；
3)在混合了钝化剂的土壤中加入一定量的水，使土壤保持田间持水量的65-75%；
4)混合材料在湿润土壤中培养过程中常温静置培养55-65天。
所述的亚硫酸法糖厂滤泥含有大量硫酸盐、硝酸盐和高分子絮凝剂，可使土壤中的重金属形成沉淀；硫酸法滤泥中含有石灰，可以将南方酸性土壤的pH控制在中性到偏碱性范围内；糖厂滤泥中富含蔗渣，高分子有机化合物有利于钝化和吸附土壤中的重金属；糖滤泥高值化综合利用可实现环境保护的可持续发展。
所述的原煤是一种天然的矿产物，由无机矿物和有机质组成，富含腐殖酸，具有-CHO，-OH，-COOH，-C=O 等活性基团，可与金属离子发生离子交换、配位络合等化学反应，是一种天然的有机离子吸附剂；此外，原煤具有丰富的比表面积，可为重金属的吸附提供更多的作用位点。
所述的纳米零价铁是指粒径在1-100 nm范围内的零价铁颗粒，具有比表面积大、强还原性等特点。纳米零价铁不仅具有优越的吸附性能和很高的还原活性，其特有的表面效应和小尺寸效应，还可以提高零价铁颗粒的反应活性和处理效率。
上述一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂及其制备方法和使用方法的技术方案，施用后土壤中重金属的有效态含量均显著降低，达到修复要求；并且本发明操作简单，价格便宜，具有长效性。在重金属污染的土壤修复过程中，需要根据各种钝化剂的修复特点，多种钝化剂配合使用，取长补短，协同作用，这样就能弥补各改良剂单一修复时存在的不足，发挥最大的阻控效果。
附图说明
图1为本发明添加不同比例钝化剂与污染土壤中可交换态Cd的含量对照图；
图2为本发明施用后，污染土壤中重金属元素Cd的形态变化图一；
图3为本发明施用后，污染土壤中重金属元素Cd的形态变化图二。
具体实施方式
以下结合具体实施例和说明书附图1～3，对本发明作进一步说明。
实施例1
1）糖厂滤泥是用亚硫酸法在制糖过程中采用石灰和二氧化硫作为澄清剂对甘蔗汁进行澄清处理，然后进行风干并过1.8mm筛，得到甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥；称取甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥35kg、原煤8 kg、纳米零价铁50 kg，备用；
2）将研磨后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥和原煤混合配比在一起，得到改性糖厂滤泥；
3）将改性糖厂滤泥与<2nm的纳米零价铁进行混合，得到钝化剂。
实施例2
1）糖厂滤泥是用亚硫酸法在制糖过程中采用石灰和二氧化硫作为澄清剂对甘蔗汁进行澄清处理，然后进行风干并过2mm筛，得到甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥；称取甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥38kg、原煤10kg、纳米零价铁53 kg，备用；
2）将研磨后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥和原煤混合配比在一起，得到改性糖厂滤泥；
3）将改性糖厂滤泥与<2nm的纳米零价铁进行混合，得到钝化剂。
实施例3
1）糖厂滤泥是用亚硫酸法在制糖过程中采用石灰和二氧化硫作为澄清剂对甘蔗汁进行澄清处理，然后进行风干并过2.2mm筛，得到甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥；称取甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥40kg、原煤12 kg、纳米零价铁55 kg，备用；
2）将研磨后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥和原煤混合配比在一起，得到改性糖厂滤泥；
3）将改性糖厂滤泥与<2nm的纳米零价铁进行混合，得到钝化剂。
以下通过相应的试验数据进一步说明本发明的有益效果。
试验采用浙江某镉污染农田土壤，将土进行风干，研磨过2mm筛。供试土壤的基本性质为：pH:6.36，有机质：20.84，Cd：4.7mg/kg。实施例2基本性质为：pH:11.47，Cd：0.08mg/kg。
在培养箱（设对照处理）中分别加入污染程度相同的土样各500g，分别加入不同比例的钝化剂，钝化剂添加量分别为土重的1%、3%、5%，每个处理设置3次重复，在土样中加入一定量水，使土壤保持田间持水量的70%。混匀60天后开始采样，分别测定土壤中Pb、Zn、Cd重金属可交换态。
依据公式，计算钝化效果：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中：E 为钝化效果；X1为对照土壤中水溶态或有效态Cd含量，mg/kg；X2为添加钝化剂处理之后土壤中水溶态或有效态Cd含量，mg/kg。
较对照处理，添加不同比例钝化剂能够显著降低污染土壤中可交换态Cd的含量，当添加量为土重的1%、3%、5%时，土壤中可交换态Cd含量分别减少了0.14mg/kg、0.29 mg/kg、0.31 mg/kg，钝化效果显著，较对照分别降低了25%、53.8%和61.5%。
施用钝化剂后，污染土壤中重金属元素Cd的形态变化，由图2可知：与未使用钝化剂的处理的CK相比，施用钝化剂处理的土壤中重金属Cd可交换态由钝化前的19.01%，下降为7.33%，相对下降百分比为61.38%；碳酸盐结合态由钝化前的1.76%下降到1.22%，相对下降百分比为30.99%；残渣态则由钝化前的53.53%上升至64.64%，相对增加百分比为17.19%。
较对照处理，施用钝化剂的土壤显著提高了土壤pH值，钝化处理后，土壤中pH由6.42提高到7.75，相对百分比提高了20.7%，效果显著。
较对照处理，施用钝化剂的土壤显著提高了土壤有机质，钝化处理后，土壤中有机质由20.93g/kg提高到23.98g/kg，相对百分比提高了12.8%，效果显著。
上述实例表明，采用本发明实施例2，土壤中重金属的有效态含量均显著降低，达到修复要求。本发明实施例1和实施例3进行相同的试验，也能达到本发明所述的技术效果。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂，其特征在于包括：甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥35～40%、原煤8-12%、纳米零价铁50～55%。
2.如权利要求1所述的一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂，其特征在于甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥36～38%、原煤9-11%、纳米零价铁52～53%。
3.如权利要求1所述的一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂的制备方法，其特征在于：
1）糖厂滤泥是用亚硫酸法在制糖过程中采用石灰和二氧化硫作为澄清剂对甘蔗汁进行澄清处理，然后进行风干并过1.8-2.2mm筛，得到甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥；
2）将研磨后的甘蔗糖厂亚硫酸法滤泥和原煤混合配比在一起，得到改性糖厂滤泥；
3）将改性糖厂滤泥与<2nm的纳米零价铁进行混合，得到钝化剂。
4.如专利要求1所述的一种改性零价铁用于农田土壤镉钝化的钝化剂的使用方法，其特征在于：
1)首先将用于修复钝化的污染土壤表层土壤进行充分犁耙，以有利于土壤颗粒与钝化剂均匀混合；
2) 按照钝化剂添加量为土重的1%、3%、5%的比例，将钝化剂分别均匀施入污染土壤，并使土壤与钝化剂混合均匀；
3)在混合了钝化剂的土壤中加入一定量的水，使土壤保持田间持水量的65-75%；
4)混合材料在湿润土壤中培养过程中常温静置培养55-65天。
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