CN113913190A - 一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂制备方法，该钝化剂按重量份包括以下原料：麦饭石粉30份，生石灰10‑20份，铁锰氧化物10‑20份，有机肥10份，有机高分子聚合物木质素基丙烯酸吸水树脂5份，阳离子修饰PMMA凝胶粒子10份，阴离子修饰PMMA凝胶粒子10份。各组分协同作用通过吸附金属离子或形成络合物来高效降低土壤中重金属含量，通过有机酸调节土壤酸性，有机肥为土壤提供肥力，全面高效地改善土壤。本发明具有工艺简单、无污染、原料充足容易制得、容易实施、价格低廉等优点。
Description
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法。
背景技术
农业资源环境是农业生产的物质基础，且农业资源环境直接关系到农业产品的质量安全问题。目前我国的农业用地土壤重金属超标问题已逐渐成为威胁中国农产品发展且急需解决的环境问题。而造成农田土壤重金属超标的原因主要是工业区排放重金属废液沉降造成的污染、化肥农药、塑料薄膜的过度使用造成的污染、城市污水进行农田灌溉造成的污染。重金属以及生态环境问题已经严重危害我国的经济可持续发展和生物健康。
重金属污染土壤的治理是一个全世界科研工作者头疼的难题，对重金属土壤污染治理目前有化学、生物等方法。但是各种措施均有一定的优缺点。人为的翻耕、换土、客土是一种最直接有效的方法，但是需要大量的人力物力，实际操作困难。而重金属钝化的方法是目前研究较多的一种方法。钝化的原理是改变重金属对植株的有效形态。改变土壤中重金属的化学形态可以改变重金属的化学活性，而钝化反应是将重金属对植株有破坏、影响的化学态转变为对植株无影响的稳定化学态。通常的调节方法是通过pH的调节。绝大多数重金属在碱性条件下均呈现为不溶盐类。可以通过调节pH值得到重金属的城店，通过改变重金属的状态来降低土壤中重金属的浓度。
在实际生产中需要借助价格低、效果好的金属钝化剂来阻断重金属进入食物链。利用重金属原位钝化技术可以大大降低重金属对食品安全带来的风险。目前，常用的化学钝化剂为磷酸盐类、硅酸盐类、含钙物质、生物炭、金属氧化物、粘土矿物等。他们要么吸附重金属离子，要么形成络合物来除去土壤中的重金属污染物。但是单一的土壤钝化剂无法调节土壤酸性，改善土壤性质。因此，本专利提出了一种复合的化学钝化剂用于除去土壤重金属离子，同时改善土壤酸性和肥力，全面高效地改善土壤。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种价格低廉、重金属原位钝化效果好、工艺简单的土壤重金属钝化剂及其制备方法，用于重金属含量超标的污染土壤，解决土壤重金属污染的问题，达到土壤的可持续利用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种土壤重金属钝化剂，按百分重量比包括以下原料：麦饭石粉30份，生石灰10-20份，铁锰氧化物10-20份，有机肥(干重)10份，有机高分子聚合物木质素基丙烯酸吸水树脂5份，阳离子修饰PMMA凝胶粒子10份，阴离子修饰PMMA凝胶粒子10份。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的阴离子修饰PMMA凝胶粒子、阳离子修饰PMMA凝胶粒子与其他原料混合，通过阴阳离子之间的作用吸附其他混合物，制备成为复合重金属钝化剂粒子。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的离子修饰PMMA凝胶粒子为通过无皂液聚合法制备的阳离子修饰或者阴离子修饰的微球。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的阴离子修饰PMMA凝胶粒子采用的阳离子单体为烯丙基三甲基氯化铵、苄乙烯基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的阳离子修饰PMMA凝胶粒子采用的阳离子单体为对苯乙烯基黄酸钠、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的麦饭石粉过80目筛，其成分按百分重量为二氧化硅70-75份、三氧化二铝10-15份、氧化铁5份、氧化钙3份、氧化钠3份、二氧化钛0.5-1份、其余为杂质。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的铁锰氧化物由高铁锰原矿经球磨过80目筛制得，其中三氧化二铁和二氧化锰的总量为50-60份。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的有机高分子聚合物木质素基丙烯酸吸水树脂为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、木质素磺酸钠通过自由基溶液聚合制备而得，该高分子通过烘干研磨得到成品。
本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：
1.本发明利用各种组分特定功效，通过协同作用来达到降低土壤中重金属含量的效果。本发明工艺简单、无污染、原料充足容易制得、容易实施、价格低廉，降低土壤中重金属含量效果明显。
2.本发明中各组分通过合理配比对重金属钝化能力极强。麦饭石具有较大的比表面积、具有强烈的静电力，对重金属具有较强的吸附作用。有机高分子材料木质素基丙烯酸吸水树脂具有极强的重金属络合作用，能够与重金属络合，从而降低土壤中重金属的含量。不同组分通过不同降低重金属含量的原理协同作用，能够大大降低土壤中的重金属含量。
3.本发明中阴阳离子微球通过合理的配比对金属进一步强化对金属离子的钝化效果。通过阴阳离子与金属的螯合作用，最大程度上钝化土壤中的金属离子。
4.本发明中各组分协同作用，在钝化金属得同时可以调节土壤PH，改善土壤酸性，有机肥为土壤提供肥力，全面高效地改善土壤。
附图说明
图1土壤重金属钝化剂制备流程图；
图2土壤重金属钝化剂吸附重金属离子的示意图；
图3为土壤重金属钝化剂的对Pb2+的吸附能力的示意图；
图4为土壤重金属钝化剂的对Cd2+的吸附能力的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
配置一系列不同浓度Pb2+、Cd2+浓度的溶液作为重金属污染水工作液。分别取60ml于100ml离心管中，取钝化剂0.06g加入其中。通过室温震荡24h后离心取得上清液。以原子吸收分光光度计测试上清液中残留重金属浓度，通过修复前后浓度变化来计算得到钝化剂的吸附能力。结果表明在该配方下钝化剂的吸附能力为Pb150mg/g、Cd45mg/g。
实施例2
| 原料名称 | 重量(单位Kg) |
| 麦饭石粉 | 40 |
| 生石灰 | 20 |
| 铁锰氧化物 | 15 |
| 有机肥 | 20 |
| 吸水树脂 | 5 |
| 阳离子PMMA粒子 | 10 |
| 阴离子PMMA粒子 | 10 |
配置一系列不同浓度Pb2+、Cd2+浓度的溶液作为重金属污染水工作液。分别取60ml于100ml离心管中，取钝化剂0.06g加入其中。通过室温震荡24h后离心取得上清液。以原子吸收分光光度计测试上清液中残留重金属浓度，通过修复前后浓度变化来计算得到钝化剂的吸附能力。结果表明在该配方下钝化剂的吸附能力为Pb130mg/g、Cd55mg/g。
实施例3
| 原料名称 | 重量(单位Kg) |
| 麦饭石粉 | 35 |
| 生石灰 | 20 |
| 铁锰氧化物 | 20 |
| 有机肥 | 20 |
| 吸水树脂 | 5 |
| 阳离子PMMA粒子 | 10 |
| 阴离子PMMA粒子 | 10 |
配置一系列不同浓度Pb2+、Cd2+浓度的溶液作为重金属污染水工作液。分别取60ml于100ml离心管中，取钝化剂0.06g加入其中。通过室温震荡24h后离心取得上清液。以原子吸收分光光度计测试上清液中残留重金属浓度，通过修复前后浓度变化来计算得到钝化剂的吸附能力。结果表明在该配方下钝化剂的吸附能力为Pb170mg/g、Cd40mg/g。
实施例4
配置一系列不同浓度Pb2+、Cd2+浓度的溶液作为重金属污染水工作液。分别取60ml于100ml离心管中，取钝化剂0.08g加入其中。通过室温震荡24h后离心取得上清液。以原子吸收分光光度计测试上清液中残留重金属浓度，通过修复前后浓度变化来计算得到钝化剂的吸附能力。结果表明在该配方下钝化剂的吸附能力为Pb180mg/g、Cd60mg/g。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在，阴离子修饰PMMA凝胶粒子、阳离子修饰PMMA凝胶粒子与其他原料混合，通过阴阳离子之间的作用吸附其他混合物，制备成为复合重金属钝化剂粒子。
2.一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在，按重量份包括以下原料：麦饭石粉30份，生石灰10-20份，铁锰氧化物10-20份，有机肥10份，有机高分子聚合物木质素基丙烯酸吸水树脂5份，阳离子修饰PMMA凝胶粒子10份，阴离子修饰PMMA凝胶粒子10份。
3.根据权利要求2所述的一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，离子修饰PMMA凝胶粒子为通过无皂液聚合法制备的阳离子修饰或者阴离子修饰的微球。
4.根据权利要求3所述的一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，阴离子修饰PMMA凝胶粒子采用的阳离子单体为烯丙基三甲基氯化铵、苄乙烯基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，阳离子修饰PMMA凝胶粒子采用的阳离子单体为对苯乙烯基黄酸钠、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述麦饭石粉过80目筛，其成分按重量份为二氧化硅70-75份、三氧化二铝10-15份、氧化铁5份、氧化钙3份、氧化钠3份、二氧化钛0.5-1份、其余为杂质。
7.根据权利要求2所述的一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述铁锰氧化物由高铁锰原矿经球磨过80目筛制得，其中三氧化二铁和二氧化锰的总量为50-60份。
8.根据权利要求2所述的一种基于静电作用的土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述有机高分子聚合物木质素基丙烯酸吸水树脂为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸、木质素磺酸钠通过自由基溶液聚合制备而得，该高分子通过烘干研磨得到成品。
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