CN111574306A - 一种土壤重金属钝化剂及其制备工艺 - Google Patents

一种土壤重金属钝化剂及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土壤重金属钝化剂及其制备工艺，具体涉及重金属钝化剂技术领域，该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥30‑50份、熟石灰5‑15份、粘土矿物15‑25份、纳米羟基磷灰石2‑4份、铁粉1‑2份、骨粉4‑6份及缓释胶黏剂2‑4份，并包括如下制备步骤：步骤一：粉料的制备；步骤二：缓释胶黏剂的制备及步骤三：钝化剂的制备。本发明原料配方所制备出的重金属钝化剂，能够有效地修复土壤特性，有效地中和土壤中的酸性物质，提高土壤PH值，添加的有机堆肥使得土壤中的有机质含量增加，土壤中的CEC明显增加，同时土壤中Cd的可交换态、含量整体下降，易降解，更加环保，同时钝化剂的药性可长时间稳定释放，施用效果好。

Description

一种土壤重金属钝化剂及其制备工艺
技术领域
本发明涉及重金属钝化剂技术领域，更具体地说，本发明涉及一种土壤重金属钝化剂及其制备工艺。
背景技术
土壤既是生态环境的重要组成部分，也是人类赖以生存的主要自然资源之一，土壤具有一定的自净能力，但是随着世界经济的高速发展，人类生产生活过程中排放的各类重金属等污染物己经严重超过土壤本身的自净能力，重金属会随着时间的推移，在土壤中不断积累，影响农作物正常生长，甚至通过食物链等途径在人体内富集，危害人类的身体健康；
针对土壤的重金属污染，其治理工艺分为工程治理措施和物理化学修复两大类，钝化剂修复作为物理化学修复的主要途径，目前可以分为有机型、无机型以及有机-无机复合型三类。
但现有的重金属钝化剂作用不持久、需多次施用，容易对土壤产生二次污染，不利于土壤的快速修复。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种土壤重金属钝化剂及其制备工艺，本发明所要解决的技术问题是：现有的重金属钝化剂作用不持久、需多次施用，容易对土壤产生二次污染，不利于土壤的快速修复。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种土壤重金属钝化剂，该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥30-50份、熟石灰5-15份、粘土矿物15-25份、纳米羟基磷灰石2-4份、铁粉1-2份、骨粉4-6份及缓释胶黏剂2-4份。
在一个优选地实施方式中，该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥40份、熟石灰10份、粘土矿物20份、纳米羟基磷灰石3份、铁粉1.5份、骨粉5份及缓释胶黏剂3份。
在一个优选地实施方式中，上述钝化剂的组分配方中，粘土矿物为海泡石、钙基膨润土、钠基膨润土中的任意一种。
在一个优选地实施方式中，上述钝化剂的组分配方中，有机堆肥由畜禽粪便、秸秆、豆渣以及紫云英按照(20-30):(40-50):(10-16):(4-8)比例混合，经发酵、烘干、粉碎，制粉而成。
在一个优选地实施方式中，上述钝化剂的组分配方中，缓释胶黏剂由淀粉2-12份、腐殖质2-4份、羧甲基纤维素钠4-6份经糊化、交联、胶化得到。
在一个优选地实施方式中，上述钝化剂的组分配方中，骨粉选用猪骨粉、鱼骨粉或者牛骨粉中的任意一种。
本发明还提供了一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：粉料的制备：将有机堆肥、熟石灰、粘土矿物、纳米羟基磷灰石、铁粉、骨粉按量分别投入球磨机中研磨15-25min，随后将分别得到的粉料入混料机混料5-10min，过100目筛，得到过筛粉料，备用；
步骤二：缓释胶黏剂的制备：将淀粉、腐殖质按量分别投入混料机中混料5-10min，过筛，随后加入足量水，混匀得到淀粉浆液，置于50-60℃中，加入适量10％氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液，氧化反应30-45min，随后，另外加入适量10％氢氧化钠溶液，混匀，在60-65℃环境下糊化，随后加入1-3份硼砂，交联反应10-15min后加入羧甲基纤维素钠后，混匀得到缓释胶黏剂；
步骤三：钝化剂的制备：将粉料和缓释胶黏剂加入混料机中混料5-10min，过筛，随后，将得到的浆料投入造粒机中进行造粒，得到粒径为3-5mm的颗粒，即为钝化剂颗粒。
在一个优选地实施方式中，上述粉料的制备步骤一中，球磨机的球料比为20:1。
在一个优选地实施方式中，上述钝化剂的制备步骤三中，粉料与缓释胶黏剂的质量比为(2-4):1。
在一个优选地实施方式中，上述缓释胶黏剂的制备步骤二中，两次10％氢氧化钠溶液的加入量的比例为2:5。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的原料配方所制备出的重金属钝化剂，能够有效地修复土壤特性，添加的熟石灰及粘土矿物能够有效地中和土壤中的酸性物质，添加的有机堆肥使得土壤中的有机质含量增加，土壤中的CEC明显增加，同时土壤中Cd的可交换态、含量整体下降，可还原态和残渣态有所提高；
2、本发明另添加缓释胶黏剂，缓释胶黏剂由淀粉、腐殖质、羧甲基纤维素钠经糊化、交联、胶化得到，易降解，更加环保，同时使得钝化剂的钝化效果得到长时间稳定释放，作用时间持久，作用效果好，同时，缓释胶黏剂适合在该重金属钝化剂的造粒中使用，成型效果好，颗粒强度高，成品质量好。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中，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。
实施例1
一种土壤重金属钝化剂，该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥30份、熟石灰15份、海泡石15份、纳米羟基磷灰石4份、铁粉1份、猪骨粉6份及缓释胶黏剂2份；
有机堆肥由畜禽粪便、秸秆、豆渣以及紫云英按照20:40:16:4比例混合，经发酵、烘干、粉碎，制粉而成。
缓释胶黏剂由淀粉2份、腐殖质4份、羧甲基纤维素钠4份经糊化、交联、胶化得到。
本发明还提供了一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：粉料的制备：将有机堆肥、熟石灰、粘土矿物、纳米羟基磷灰石、铁粉、骨粉按量分别投入球磨机中研磨15-25min，球磨机的球料比为20:1，随后将分别得到的粉料入混料机混料5-10min，过100目筛，得到过筛粉料，备用；
步骤二：缓释胶黏剂的制备：将淀粉、腐殖质按量分别投入混料机中混料5-10min，过筛，随后加入足量水，混匀得到淀粉浆液，置于50-60℃中，加入适量10％氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液，氧化反应30-45min，随后，另外加入适量10％氢氧化钠溶液，两次10％氢氧化钠溶液的加入量的比例为2:5，混匀，在60-65℃环境下糊化，随后加入1-3份硼砂，交联反应10-15min后加入羧甲基纤维素钠后，混匀得到缓释胶黏剂；
步骤三：钝化剂的制备：将粉料和缓释胶黏剂加入混料机中混料5-10min，粉料与缓释胶黏剂的质量比为2:1，过筛，随后，将得到的浆料投入造粒机中进行造粒，得到粒径为3-5mm的颗粒，即为钝化剂颗粒。
实施例2
一种土壤重金属钝化剂，该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥50份、熟石灰5份、钙基膨润土25份、纳米羟基磷灰石2份、铁粉2份、猪骨粉4份及缓释胶黏剂2-4份。
上述钝化剂的组分配方中，有机堆肥由畜禽粪便、秸秆、豆渣以及紫云英按照30:40:16:4比例混合，经发酵、烘干、粉碎，制粉而成。
上述钝化剂的组分配方中，缓释胶黏剂由淀粉12份、腐殖质2份、羧甲基纤维素钠6份经糊化、交联、胶化得到。
本发明还提供了一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：粉料的制备：将有机堆肥、熟石灰、粘土矿物、纳米羟基磷灰石、铁粉、骨粉按量分别投入球磨机中研磨15-25min，球磨机的球料比为20:1，随后将分别得到的粉料入混料机混料5-10min，过100目筛，得到过筛粉料，备用；
步骤二：缓释胶黏剂的制备：将淀粉、腐殖质按量分别投入混料机中混料5-10min，过筛，随后加入足量水，混匀得到淀粉浆液，置于50-60℃中，加入适量10％氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液，氧化反应30-45min，随后，另外加入适量10％氢氧化钠溶液，两次10％氢氧化钠溶液的加入量的比例为2:5，混匀，在60-65℃环境下糊化，随后加入1-3份硼砂，交联反应10-15min后加入羧甲基纤维素钠后，混匀得到缓释胶黏剂；
步骤三：钝化剂的制备：将粉料和缓释胶黏剂加入混料机中混料5-10min，粉料与缓释胶黏剂的质量比为4:1过筛，随后，将得到的浆料投入造粒机中进行造粒，得到粒径为3-5mm的颗粒，即为钝化剂颗粒。
实施例3
一种土壤重金属钝化剂，该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥40份、熟石灰10份、钠基膨润土20份、纳米羟基磷灰石3份、铁粉1.5份、鱼骨粉5份及缓释胶黏剂3份。
有机堆肥由畜禽粪便、秸秆、豆渣以及紫云英按照25:45:13:6比例混合，经发酵、烘干、粉碎，制粉而成。
缓释胶黏剂由淀粉7份、腐殖质3份、羧甲基纤维素钠5份经糊化、交联、胶化得到。
本发明还提供了一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：粉料的制备：将有机堆肥、熟石灰、粘土矿物、纳米羟基磷灰石、铁粉、骨粉按量分别投入球磨机中研磨15-25min，球磨机的球料比为20:1，随后将分别得到的粉料入混料机混料5-10min，过100目筛，得到过筛粉料，备用；
步骤二：缓释胶黏剂的制备：将淀粉、腐殖质按量分别投入混料机中混料5-10min，过筛，随后加入足量水，混匀得到淀粉浆液，置于50-60℃中，加入适量10％氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液，氧化反应30-45min，随后，另外加入适量10％氢氧化钠溶液，两次10％氢氧化钠溶液的加入量的比例为2:5，混匀，在60-65℃环境下糊化，随后加入1-3份硼砂，交联反应10-15min后加入羧甲基纤维素钠后，混匀得到缓释胶黏剂；
步骤三：钝化剂的制备：将粉料和缓释胶黏剂加入混料机中混料5-10min，粉料与缓释胶黏剂的质量比为3:1，过筛，随后，将得到的浆料投入造粒机中进行造粒，得到粒径为3-5mm的颗粒，即为钝化剂颗粒。
实施例4
一种土壤重金属钝化剂，该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥40份、熟石灰10份、钠基膨润土20份、纳米羟基磷灰石3份、铁粉1.5份、鱼骨粉5份及缓释胶黏剂3份。
有机堆肥由畜禽粪便、秸秆、豆渣以及紫云英按照20:40:16:4比例混合，经发酵、烘干、粉碎，制粉而成。
缓释胶黏剂由淀粉2份、腐殖质4份、羧甲基纤维素钠4份经糊化、交联、胶化得到。
本发明还提供了一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：粉料的制备：将有机堆肥、熟石灰、粘土矿物、纳米羟基磷灰石、铁粉、骨粉按量分别投入球磨机中研磨15-25min，球磨机的球料比为20:1，随后将分别得到的粉料入混料机混料5-10min，过100目筛，得到过筛粉料，备用；
步骤二：缓释胶黏剂的制备：将淀粉、腐殖质按量分别投入混料机中混料5-10min，过筛，随后加入足量水，混匀得到淀粉浆液，置于50-60℃中，加入适量10％氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液，氧化反应30-45min，随后，另外加入适量10％氢氧化钠溶液，两次10％氢氧化钠溶液的加入量的比例为2:5，混匀，在60-65℃环境下糊化，随后加入1-3份硼砂，交联反应10-15min后加入羧甲基纤维素钠后，混匀得到缓释胶黏剂；
步骤三：钝化剂的制备：将粉料和缓释胶黏剂加入混料机中混料5-10min，粉料与缓释胶黏剂的质量比为3:1，过筛，随后，将得到的浆料投入造粒机中进行造粒，得到粒径为3-5mm的颗粒，即为钝化剂颗粒。
分别对实施例1-4中制备得到的土壤重金属钝化剂进行土壤修复实验，得到各实施例与对比例的土壤PH值、有机质平均值、CEC平均值及Cd值，测试结果如下表所示：
Figure BDA0002507711390000071
由上表中的对比可知：对比例4中当有机堆肥40份、熟石灰10份、钠基膨润土20份、纳米羟基磷灰石3份、铁粉1.5份、鱼骨粉5份及缓释胶黏剂3份，经料的制备、缓释胶黏剂的制备以及钝化剂的制备得到的钝化剂颗粒，其中，粉料与缓释胶黏剂的质量比为3:1，有机堆肥为畜禽粪便、秸秆、豆渣以及紫云英按照20:40:16:4比例混合，缓释胶黏剂为淀粉2份、腐殖质4份、羧甲基纤维素钠4份，制成的重金属钝化剂在土壤中施用，相较于对比例实验前的土壤的PH值均有所上升，添加的熟石灰及粘土矿物能够有效地中和土壤中的酸性物质，添加的有机堆肥使得土壤中的有机质含量增加，土壤中的CEC明显增加，同时土壤中Cd的可交换态、含量整体下降，可还原态和残渣态有所提高，同时添加的缓释胶黏剂使得钝化剂的钝化效果得到长时间稳定释放，作用时间持久，作用效果好。
最后应说明的是：虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥30-50份、熟石灰5-15份、粘土矿物15-25份、纳米羟基磷灰石2-4份、铁粉1-2份、骨粉4-6份及缓释胶黏剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：该钝化剂包含以下重量份的组分：有机堆肥40份、熟石灰10份、粘土矿物20份、纳米羟基磷灰石3份、铁粉1.5份、骨粉5份及缓释胶黏剂3份。
3.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：上述钝化剂的组分配方中，粘土矿物为海泡石、钙基膨润土、钠基膨润土中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：上述钝化剂的组分配方中，有机堆肥由畜禽粪便、秸秆、豆渣以及紫云英按照(20-30):(40-50):(10-16):(4-8)比例混合，经发酵、烘干、粉碎，制粉而成。
5.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：上述钝化剂的组分配方中，缓释胶黏剂由淀粉2-12份、腐殖质2-4份、羧甲基纤维素钠4-6份经糊化、交联、胶化得到。
6.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：上述钝化剂的组分配方中，骨粉选用猪骨粉、鱼骨粉或者牛骨粉中的任意一种。
7.一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下操作步骤：
步骤一：粉料的制备：将有机堆肥、熟石灰、粘土矿物、纳米羟基磷灰石、铁粉、骨粉按量分别投入球磨机中研磨15-25min，随后将分别得到的粉料入混料机混料5-10min，过100目筛，得到过筛粉料，备用；
步骤二：缓释胶黏剂的制备：将淀粉、腐殖质按量分别投入混料机中混料5-10min，过筛，随后加入足量水，混匀得到淀粉浆液，置于50-60℃中，加入适量10％氢氧化钠溶液和硫酸亚铁溶液，氧化反应30-45min，随后，另外加入适量10％氢氧化钠溶液，混匀，在60-65℃环境下糊化，随后加入1-3份硼砂，交联反应10-15min后加入羧甲基纤维素钠后，混匀得到缓释胶黏剂；
步骤三：钝化剂的制备：将粉料和缓释胶黏剂加入混料机中混料5-10min，过筛，随后，将得到的浆料投入造粒机中进行造粒，得到粒径为3-5mm的颗粒，即为钝化剂颗粒。
8.根据权利要求7所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：上述粉料的制备步骤一中，球磨机的球料比为20:1。
9.根据权利要求7所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于：上述钝化剂的制备步骤三中，粉料与缓释胶黏剂的质量比为(2-4):1。
10.根据权利要求7所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：上述缓释胶黏剂的制备步骤二中，两次10％氢氧化钠溶液的加入量的比例为2:5。
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