CN112342024A - 一种土壤改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤改性方法，包括如下步骤：S1、将凹凸棒黏土和水混合后制成悬浊液，于室温下阴凉后搅拌，接着加入硬脂酸和聚乳酸混合均匀，干燥后冷却至室温得到物料a；S2、将物料a、生物碳和硫代硫酸钠混合均匀得到物料b；S3、将稻壳粉、壳聚糖和蒸馏水混合均匀，搅拌均匀，然后加入木素磺酸钠、丙烯酸和丙烯腈，于恒温水浴中搅拌，然后冷却至室温，抽滤得到沉淀物，接着将沉淀物干燥，冷却至室温得到物料c；S4、将物料c包裹在物料b的外层，干燥，冷却至室温得到改性剂，然后将改性剂填埋在土壤中。本发明可使土壤中最具毒性的可交换态的镉含量下降55.08％，有效提高土壤重金属离子的降解处理的效率和质量。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种土壤改性方法。
【背景技术】
土壤重金属污染(heavy metal pollution of the soil)是指由于人类活动，土壤 中的微量金属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。而农田土壤重金属污染有巨大的危害性，土壤中重金属污 染不但会导致农作物减产和品质下降，还会通过土壤-植物系统，经食物链进 人人体，危害人体健康和生命安全。土壤重金属污染有隐蔽性、危害的滞后性、 长期性以及生物链对重金属的生物富集等特点，这些决定着若对土壤重金属污染 认识和治理滞后将带来难以预料的严重后果。如20世纪在日本发生的因农田 Cd污染引起“痛痛病”环境公害就是最典型的例子。我国农田土壤污染日趋严 重，土壤、稻米、蔬菜等重金属超标的报道频频见于报端。有关资料显示，1998 年我国受重金属污染的耕地面积近2000万hm 2，约占总耕地面积的1/5。导致 每年粮食减产1000多万吨，受污染粮食多达1200多万吨，合计经济损失达200 亿元。由重金属污染引发的生态负效应、农产品安全、人体健康和绿色贸易壁垒 等问题已引起广泛关注。
【发明内容】
本发明提供一种土壤改性方法，可使土壤中最具毒性的可交换态的镉含量下 降55.08％，有效提高土壤重金属离子的降解处理的效率和质量。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种土壤改性方法，包括如下步骤：
S1、将凹凸棒黏土和水混合后制成悬浊液，于室温下阴凉后于650-850r/min 转速搅拌20-26h，接着加入硬脂酸和聚乳酸混合均匀，于350-650r/min转速搅拌 1-3h，干燥后冷却至室温得到物料a；
S2、将物料a、生物碳和硫代硫酸钠混合均匀得到物料b；
S3、将稻壳粉、壳聚糖和蒸馏水混合均匀，于850-1050r/min的速度搅拌均 匀，然后加入木素磺酸钠、丙烯酸和丙烯腈，于65-75℃恒温水浴中以280-320r/min 的速度搅拌4-6h，然后冷却至室温，抽滤得到沉淀物，接着将沉淀物于45-55℃ 干燥44-52h，冷却至室温得到物料c；
S4、将物料c包裹在物料b的外层，于60-80℃干燥1-3h，冷却至室温得到 改性剂，然后将改性剂填埋在土壤中，填埋在土壤中的深度为5-15cm。
进一步的，S1中，凹凸棒黏土、水、硬脂酸和聚乳酸的重量比为 20-30:5-10:4-9:4-9。
通过硬脂酸和聚乳酸的溶胀作用扩大了凹凸棒黏土的层间距，而硬脂酸和聚 乳酸中的羟基和羧基可以进入到蒙脱土层间，通过极性基团与蒙脱土的矿物层间 表面发生作用，经分子间作用力吸附在矿物层内，用于支撑矿物层的高度，避免 蒙脱土层脱水后层间距的回缩，经过极性基团改性后的蒙脱土可以显著钝化土壤 中的重金属离子，降低土壤中重金属离子迁移性和生物活性，减少重金属离子在 农作物体内的富集。而硬脂酸和聚乳酸之间的用量需要保证在1：1的范围，如 此保证硬脂酸和聚乳酸作用到凹凸棒黏土的作用力更加均匀，使得单位面积内的 溶胀作用力更加均匀，由此也使得溶胀后空隙更加均匀，保证了溶胀后间隙内能 够更均匀地填充生物碳和硫代硫酸钠，利用生物碳对重金属的吸附作用，以及硫 代硫酸钠对重金属离子的吸附降解作用，大大提高了制备得到的内核具有高效吸 附重金属离子的作用。
并且以该改性后的蒙脱土作为内核主料，配合上生物碳和硫代硫酸钠制备得 到重金属降解内核，其中，生物碳的添加进一步增大了内核的比表面积，易吸附 各类重金属离子，且生物碳的添加可以进一步丰富了内核的孔道，便于各类重金 属离子的吸附，有效降低了土壤中迁移性重金属离子的浓度。而在内核外包裹一 层聚乳酸，由于聚乳酸为可降解材料，在土壤中被细菌分解，然后将内核暴露在 土壤中，使得整个土壤改性方法在土壤中的降解被延迟，使得内核接触土壤中重 金属离子的效率被提高，有效提高了土壤中重金属离子的吸附降解效率，有效降 低了土壤中迁移性重金属离子的浓度。
通过以凹凸棒黏土为主料，以硬脂酸和聚乳酸对蒙脱土的矿物层间表面发生 溶胀作用，经过溶胀力增大了凹凸棒黏土的间隙，且经分子间作用力吸附在矿物 层内，用于支撑矿物层的高度，避免蒙脱土层脱水后层间距的回缩，经过极性基 团改性后的蒙脱土可以显著钝化土壤中的重金属离子，降低土壤中重金属离子迁 移性和生物活性，减少重金属离子在农作物体内的富集，凹凸棒黏土的使用量为 硬脂酸和聚乳酸的使用总量的一半以上，以保证凹凸棒黏土具有足够的孔隙保证 重金属离子的流动，有效降低了土壤中迁移性重金属离子的浓度。
进一步的，S2中，物料a、生物碳和硫代硫酸钠的重量比为12-15:4-8:6-9。 通过以生物碳作为内核以补充内核中吸附材料孔隙不足的问题，且利用硫代硫酸 钠将高价重金属离子还原成低价态，从而降低其毒性和溶解性。
进一步的，S4中，物料c和物料b的重量比为30-40:8-16。物料c作为内核 材料的可降解包裹材料，首先要保证物料c足够的量，以保证包裹性，使得吸附 剂在进入土壤中被缓慢暴露，有效提高对重金属离子的吸附降解性能。
进一步的，S1中，干燥的温度为160-180℃，干燥时间为20-40min。通过控 制干燥温度和干燥时间，使得包裹后的内核内部保证一定的干燥性，以保证重金 属离子流动顺畅，提高对重金属离子降解的效率和质量。
进一步的，S2中，将物料a、生物碳和硫代硫酸钠于1500-2500r/min转速搅 拌1-3h后混合均匀得到物料b。通过控制物料a、生物碳和硫代硫酸钠充分混合， 以使得生物碳充分与改性凹凸棒黏土混合，并提高硫代硫酸钠与改性凹凸棒黏土 混合，从而利于硫代硫酸钠将高价重金属离子还原成低价态，从而降低其毒性和 溶解性
进一步的，S2中，生物碳为100-200目的稻壳灰，其含碳量80-90％。
进一步的，S3中，稻壳粉、壳聚糖、蒸馏水、木素磺酸钠、丙烯酸和丙烯 腈重量比为10-20：3-6：4-7：2-5：3-8：4-7。
本发明还提出采用上述制备方法制备得到的土壤改性方法，可使土壤中最具 毒性的可交换态的镉含量下降55.08％，有效提高土壤重金属离子的降解处理的 效率和质量。
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式中详细的揭露。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的 保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述土壤改性方法，包括如下步骤：
一种土壤改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份将20-30份凹凸棒黏土和5-10份水混合后制成悬浊液，于室 温下阴凉后于650-850r/min转速搅拌20-26h，接着加入4-9份硬脂酸和4-9份聚 乳酸混合均匀，于350-650r/min转速搅拌1-3h，干燥后冷却至室温得到物料a， 其中干燥的温度为160-180℃，干燥时间为20-40min；
S2、按重量份将12-15份物料a、4-8份生物碳和6-9份硫代硫酸钠于 1500-2500r/min转速搅拌1-3h混合均匀得到物料b，其中，生物碳为100-200目 的稻壳灰，其含碳量80-90％；
S3、按重量份将10-20份稻壳粉、3-6份壳聚糖和4-7份蒸馏水混合均匀， 于850-1050r/min的速度搅拌均匀，然后加入2-5份木素磺酸钠、3-8份丙烯酸和 4-7份丙烯腈，于65-75℃恒温水浴中以280-320r/min的速度搅拌4-6h，然后冷 却至室温，抽滤得到沉淀物，接着将沉淀物于45-55℃干燥44-52h，冷却至室温 得到物料c；
S4、按重量份将30-40份物料c包裹在8-16份物料b的外层，于60-80℃干 燥1-3h，冷却至室温得到改性剂，然后将改性剂填埋在土壤中，填埋在土壤中的 深度为5-15cm。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种土壤改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份将25份凹凸棒黏土和7.5份水混合后制成悬浊液，于室温下 阴凉后于750r/min转速搅拌23h，接着加入6.5份硬脂酸和6.5份聚乳酸混合均 匀，于450r/min转速搅拌2h，干燥后冷却至室温得到物料a，其中干燥的温度为 170℃，干燥时间为30min；
S2、按重量份将13份物料a、6份生物碳和7.5份硫代硫酸钠于2000r/min 转速搅拌2h混合均匀得到物料b，其中，生物碳为150目的稻壳灰，其含碳量 85％；
S3、按重量份将15份稻壳粉、4.5份壳聚糖和5.5份蒸馏水混合均匀，于 950r/min的速度搅拌均匀，然后加入3.5份木素磺酸钠、5.5份丙烯酸和5.5份丙 烯腈，于70℃恒温水浴中以300r/min的速度搅拌5h，然后冷却至室温，抽滤得 到沉淀物，接着将沉淀物于50℃干燥48h，冷却至室温得到物料c；
S4、按重量份将35份物料c包裹在12份物料b的外层，于70℃干燥2h， 冷却至室温得到改性剂，然后将改性剂填埋在土壤中，填埋在土壤中的深度为 10cm。
实施例2
一种土壤改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份将20份凹凸棒黏土和10份水混合后制成悬浊液，于室温下阴 凉后于650r/min转速搅拌26h，接着加入4份硬脂酸和9份聚乳酸混合均匀，于 350r/min转速搅拌3h，干燥后冷却至室温得到物料a，其中干燥的温度为160℃， 干燥时间为40min；
S2、按重量份将12份物料a、8份生物碳和6份硫代硫酸钠于2500r/min转 速搅拌1h混合均匀得到物料b，其中，生物碳为100目的稻壳灰，其含碳量90％；
S3、按重量份将10份稻壳粉、6份壳聚糖和4份蒸馏水混合均匀，于1050r/min 的速度搅拌均匀，然后加入2份木素磺酸钠、8份丙烯酸和4份丙烯腈，于75℃ 恒温水浴中以280r/min的速度搅拌6h，然后冷却至室温，抽滤得到沉淀物，接 着将沉淀物于45℃干燥52h，冷却至室温得到物料c；
S4、按重量份将30份物料c包裹在16份物料b的外层，于60℃干燥3h， 冷却至室温得到改性剂，然后将改性剂填埋在土壤中，填埋在土壤中的深度为 5-15cm。
实施例3
一种土壤改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份将30份凹凸棒黏土和5份水混合后制成悬浊液，于室温下阴 凉后于850r/min转速搅拌20h，接着加入9份硬脂酸和4份聚乳酸混合均匀，于 650r/min转速搅拌1h，干燥后冷却至室温得到物料a，其中干燥的温度为180℃， 干燥时间为20min；
S2、按重量份将15份物料a、4份生物碳和9份硫代硫酸钠于1500r/min转 速搅拌3h混合均匀得到物料b，其中，生物碳为100目的稻壳灰，其含碳量90％；
S3、按重量份将20份稻壳粉、3份壳聚糖和7份蒸馏水混合均匀，于850r/min 的速度搅拌均匀，然后加入5份木素磺酸钠、3份丙烯酸和7份丙烯腈，于65℃ 恒温水浴中以320r/min的速度搅拌4h，然后冷却至室温，抽滤得到沉淀物，接 着将沉淀物于55℃干燥44h，冷却至室温得到物料c；
S4、按重量份将40份物料c包裹在8份物料b的外层，于80℃干燥1h，冷 却至室温得到改性剂，然后将改性剂填埋在土壤中，填埋在土壤中的深度为 15cm。
对比例1
采用中国专利申请文献“一种土壤改性方法(申请公布号:CN 104560049 A)” 中具体实施例1所述的方法得到的土壤改性方法。
土壤修复剂的使用方法是将制备好的土壤修复剂均匀的撒在土壤上面，厚度 为4cm，再用翻土机将土壤修复剂和土壤混合均匀，使得土壤修复剂占表层土壤 体积的15-30％，土壤修复剂的使用量为45吨/亩。
试验例1实施例1所得土壤改性方法的应用：实验地选择在某县矿尾矿周 边土壤，主要是镉、铜污染。实验地面积约500平方米。将地块分成10m×10m 的样地，以每个样地为单位布点采集，采用梅花式布点法，分别采集0-20cm深 度的耕层土壤，每个样点重复取样3次，对取回的土样进行检测，前处理及检测 方法参照《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)所述执行，最后结果取所有 土样检测结构的平均值，测得该土壤中镉的平均含量为10.12mg/kg，铜的平均含 量为102.46mg/kg，各个样点重金属土壤中形态百分比的平均值为整个试验区的 重金属土壤中形态的百分比，按照实施例1中的使用方法将实施例1所得土壤修 复剂施加到此受重金属污染的土壤中，2个月后观察修复后土壤中镉和铜的各种化学形态百分比，结果见表1和表2。
表1修复前后土壤中镉的各种化学形态百分比
由表1可知，施用2个月后，土壤中最具毒性的可交换态的镉含量下降 55.08％，其多被转换成了碳酸盐结合态、锰铁结合态和有机及硫化物结合态，残 渣态前后变化不大，由此可以说明本实施例1的土壤修复剂具有较好的处理金属 镉污染的修复土壤的能力。
表2修复前后土壤中铜的各种化学形态百分比
由表2可知，施用2个月后，土壤中最具毒性的可交换态的铜含量下降 51.19％，其多被转化成了碳酸盐结合态和铁猛结合态，残渣态前后变化不大。说 明实施例1的土壤修复剂具有较好的处理金属铜污染的修复土壤的能力，6个月 后，重金属污染土壤中的重金属被还原为低价固定化的重金属，失去生物的有效 性，从而实现重金属的修复，修复后的土壤环境质量满足中国《土壤环境质量标 准》(GB15618-1995)二级标准要求。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推 演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种土壤改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将凹凸棒黏土和水混合后制成悬浊液，于室温下阴凉后于650-850r/min转速搅拌20-26h，接着加入硬脂酸和聚乳酸混合均匀，于350-650r/min转速搅拌1-3h，干燥后冷却至室温得到物料a；
S2、将物料a、生物碳和硫代硫酸钠混合均匀得到物料b；
S3、将稻壳粉、壳聚糖和蒸馏水混合均匀，于850-1050r/min的速度搅拌均匀，然后加入木素磺酸钠、丙烯酸和丙烯腈，于65-75℃恒温水浴中以280-320r/min的速度搅拌4-6h，然后冷却至室温，抽滤得到沉淀物，接着将沉淀物于45-55℃干燥44-52h，冷却至室温得到物料c；
S4、将物料c包裹在物料b的外层，于60-80℃干燥1-3h，冷却至室温得到改性剂，然后将改性剂填埋在土壤中，填埋在土壤中的深度为5-15cm。
2.根据权利要求1所述的土壤改性方法，其特征在于，S1中，凹凸棒黏土、水、硬脂酸和聚乳酸的重量比为20-30:5-10:4-9:4-9。
3.根据权利要求1所述的土壤改性方法，其特征在于，S2中，物料a、生物碳和硫代硫酸钠的重量比为12-15:4-8:6-9。
4.根据权利要求1所述的土壤改性方法，其特征在于，S4中，物料c和物料b的重量比为30-40:8-16。
5.根据权利要求1所述的土壤改性方法，其特征在于，S1中，干燥的温度为160-180℃，干燥时间为20-40min。
6.根据权利要求1所述的土壤改性方法，其特征在于，S2中，将物料a、生物碳和硫代硫酸钠于1500-2500r/min转速搅拌1-3h后混合均匀得到物料b。
7.根据权利要求1所述的土壤改性方法，其特征在于，S2中，生物碳为100-200目的稻壳灰，其含碳量80-90％。
8.根据权利要求1所述的土壤改性方法，其特征在于，S3中，稻壳粉、壳聚糖、蒸馏水、木素磺酸钠、丙烯酸和丙烯腈重量比为10-20：3-6：4-7：2-5：3-8：4-7。
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