CN114029336B - 一种土壤修复材料及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤修复材料及修复方法，修复材料包括以下重量份的组分：浒苔生物炭85‑110份、铁矿尾渣15‑30份、导电炭黑5‑10份、海泡石粉20‑30份、凹凸棒土15‑25份、乳液状聚四氟乙烯3‑10份和γ‑巯丙基三甲氧基硅烷溶液3‑6份。本发明中各组分之间协同作用，可通过物理吸附和化学吸附的方式使得土壤中重金属固定，然后通过磁选方式将修复材料与土壤分离，有效避免修复材料残留在土壤中造成二次污染，此外，本发明还能够有效调节土壤的酸碱性，还充分利用废弃物，降低了生产成本。

Description

一种土壤修复材料及修复方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种土壤修复材料及修复方法。

背景技术

随着经济的快速发展，城市工业“三废”和生活污水的排放与日俱增，污水灌溉产生的农业环境污染问题日趋严重，其中，重金属污染问题尤为突出。重金属在土壤中不能为微生物所分解，具有迁移性和滞留性，可为生物富集，成为土壤中不断积累的污染物，不仅对作物的生长发育及产量、品质有影响，而且通过食物链对人体健康造成危害。

重金属污染的治理一般采用排土、客土改良或使用化学改良剂，以及改变土壤的氧化还原条件使重金属转变为难溶物质，降低其活性，排土、客土改良并不能实质上的解决土壤重金属污染问题，成本较高；而化学方法处理难度大，效果不明显，容易产生二次污染。因此急需寻求一种效果优异的土壤修复材料。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种土壤修复材料及修复方法，以解决现有土壤修复效果不佳的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种土壤修复材料，包括以下重量份的组分：浒苔生物炭85-110份、铁矿尾渣15-30份、导电炭黑5-10份、海泡石粉20-30份、凹凸棒土15-25份、乳液状聚四氟乙烯3-10份和γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液3-6份。

本发明的有益效果为：土壤的酸碱度对植物生长至关重要，大多数农作物都会在中性或微酸性土壤中茁壮生长。但为了追求产量，对化肥的依赖也越来越多，长期大量施用化肥更是造成土壤板结酸化的重要原因之一。本申请中采用的浒苔生物炭为蜂窝状多孔结构，呈碱性，可调节酸性土壤，同时使得土壤中带负电荷位点的密度增加，可与带正电的重金属之间形成静电吸引，促进了重金属在土壤中的固化。

海泡石粉具有较大的比表面积和独特的内容孔道结构，是吸附能力较强的粘土。凹凸棒土具有大的比表面积和阳离子交换性能，当海泡石粉和凹凸棒土结合后，再与浒苔生物炭结合，可有效提高重金属的吸附作用，能够有效置换土壤中重金属离子。

虽然浒苔生物炭、海泡石粉和凹凸棒土结合在提高吸附作用的同时也能粘合形成不太松散的材料，但是浒苔生物炭、海泡石粉和凹凸棒土为粉末状或粒径较小的物质，当吸附了重金属后还是很难分离土壤，会残留在土壤中给土壤造成了二次污染。当在浒苔生物炭、海泡石粉和凹凸棒土基础上加入导电炭黑和铁矿尾渣以及乳液状聚四氟乙烯，乳液状聚四氟乙烯是固含量为20％的原始聚四氟乙烯分散乳液，其呈空间网络状，可以将浒苔生物炭、海泡石粉、凹凸棒土、导电炭黑、铁矿尾渣包裹在网络结构中，浒苔生物炭、海泡石粉、凹凸棒土、导电炭黑、铁矿尾渣就不会掉落，铁矿尾渣具有磁性，可通过铁矿尾渣的磁性，很容易的就可将修复材料从土壤中分离，避免了二次污染的问题，同时，该修复材料可以反复使用，节约了成本。

此外，在修复材料中还加入了γ-巯丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三甲氧基硅烷能够在上述包裹浒苔生物炭、海泡石粉、凹凸棒土、导电炭黑、铁矿尾渣后的网络状外面再形成一层单分子有机膜，该有机膜结构末端含有巯基、羧基等官能团，这些官能团可与土壤中重金属形成沉淀，进而固定重金属，可有效提高重金属的去除效果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

一种土壤修复材料，包括以下重量份的组分：浒苔生物炭100份、铁矿尾渣25份、导电炭黑8份、海泡石粉25份、凹凸棒土20份、乳液状聚四氟乙烯8份和γ-巯丙基三甲氧基硅烷5份。

进一步，浒苔生物炭通过以下方法制得：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于350-450℃热解0.5-1.5h，然后冷却至室温，再继续升温至550-650℃热解0.5-1.5h，冷却至室温，制得。

采用上述进一步方案产生的有益效果为：上述制备方法可有效提高浒苔生物炭对重金属的吸附作用。

进一步地，浒苔生物炭通过以下方法制得：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于400℃热解1h，然后冷却至室温，再继续升温至600℃热解1h，冷却至室温，制得。

进一步，γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液中γ-巯丙基三甲氧基硅烷质量浓度为10-30％，该溶液为水溶液。

进一步，γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液中γ-巯丙基三甲氧基硅烷质量浓度为15％。

上述土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：

将铁矿尾渣粉碎，然后与浒苔生物炭、导电炭黑混匀，再加入海泡石粉、凹凸棒土，混匀，继续加入乳液状聚四氟乙烯，混匀，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液，在真空状态下以3-6℃/min的速度升温至75-85℃，保温1-2h，然后以5-10℃/min的速度升温至120-130℃，保温2-4h，冷却，制得。

采取上述方案所产生的有益效果为：在制备过程中并未将所有成分一次性混匀，而是先将铁矿尾渣与浒苔生物炭、导电炭黑混匀，再加入海泡石粉、凹凸棒土，混匀，继续加入乳液状聚四氟乙烯，混匀，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液，这样操作的过程完全是因为各组分之间协同的机理而成，当所有成分加入完毕后，先以3-6℃/min的速率升温，在升温过程中，可让修复材料中大部分水分以水蒸气的形式缓慢溢出，确保吸附材料不会产生开裂等情况，然后再提高升温速率，此时修复材料中的水分已不如最初时那么多，快速升温可节约一定能耗，当温度达到所需温度时，γ-巯丙基三甲氧基硅烷内部脱水，可以在材料表面形成一层有机分子膜，同时聚四氟乙烯也能仅仅的包裹其余粉状等物质，利于修复材料对重金属的修复和从土壤中分离。

进一步，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液后，在真空状态下以5℃/min的速度升温至80℃，保温1.5h，然后以10℃/min的速度升温至120℃，保温3h。

本发明所产生的有益效果为：

本发明中各组分之间协同作用，可通过物理吸附和化学吸附的方式使得土壤中重金属固定，然后通过磁选方式将修复材料与土壤分离，有效避免修复材料残留在土壤中造成二次污染，此外，本发明还能够有效调节土壤的酸碱性，还充分利用废弃物，降低了生产成本。

具体实施方式

以下所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

一种土壤修复材料，包括以下重量份的组分：浒苔生物炭85份、铁矿尾渣15份、导电炭黑5份、海泡石粉20份、凹凸棒土15份、乳液状聚四氟乙烯3份和γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液3份。

其中，浒苔生物炭通过以下方法制得：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于350℃热解1.5h，然后冷却至室温，再继续升温至550℃热解1.5h，冷却至室温，制得。

γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液中γ-巯丙基三甲氧基硅烷质量浓度为10％。

上述土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：

将铁矿尾渣粉碎，然后与浒苔生物炭、导电炭黑混匀，再加入海泡石粉、凹凸棒土，混匀，继续加入乳液状聚四氟乙烯，混匀，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液，在真空状态下以3℃/min的速度升温至75℃，保温2h，然后以5℃/min的速度升温至120℃，保温4h，冷却，制得。

实施例2：

一种土壤修复材料，包括以下重量份的组分：浒苔生物炭110份、铁矿尾渣30份、导电炭黑10份、海泡石粉30份、凹凸棒土25份、乳液状聚四氟乙烯10份和γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液6份。

其中，浒苔生物炭通过以下方法制得：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于450℃热解0.5h，然后冷却至室温，再继续升温至650℃热解0.5h，冷却至室温，制得。

γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液中γ-巯丙基三甲氧基硅烷质量浓度为30％。

上述土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：

将铁矿尾渣粉碎，然后与浒苔生物炭、导电炭黑混匀，再加入海泡石粉、凹凸棒土，混匀，继续加入乳液状聚四氟乙烯，混匀，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液，在真空状态下以6℃/min的速度升温至85℃，保温1h，然后以10℃/min的速度升温至130℃，保温2h，冷却，制得。

实施例3：

一种土壤修复材料，包括以下重量份的组分：浒苔生物炭100份、铁矿尾渣25份、导电炭黑8份、海泡石粉25份、凹凸棒土20份、乳液状聚四氟乙烯8份和γ-巯丙基三甲氧基硅烷5份。

其中，浒苔生物炭通过以下方法制得：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于400℃热解1h，然后冷却至室温，再继续升温至600℃热解1h，冷却至室温，制得。

γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液中γ-巯丙基三甲氧基硅烷质量浓度为15％。

上述土壤修复材料的制备方法，包括以下步骤：

将铁矿尾渣粉碎，然后与浒苔生物炭、导电炭黑混匀，再加入海泡石粉、凹凸棒土，混匀，继续加入乳液状聚四氟乙烯，混匀，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液，在真空状态下以5℃/min的速度升温至80℃，保温1.5h，然后以10℃/min的速度升温至120℃，保温3h，冷却，制得。

对比例1：

对比例1与实施例3的区别在于，将浒苔换成玉米秸秆，玉米秸秆生物炭的制备过程与浒苔生物炭制备过程相同。

对比例2：

对比例2与实施例3的区别在于，将凹凸棒土替换为膨润土，其余均相同。

对比例3：

对比例3与实施例3的区别在于，浒苔生物炭的制备方法不同，具体制备步骤包括：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于400℃热解2h，然后冷却至室温，制得。

对比例4：

对比例4与实施例3的区别在于，浒苔生物炭的制备方法不同，具体制备步骤包括：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于600℃热解2h，然后冷却至室温，制得。

对比例5：

对比例5与实施例3的区别在于，土壤修复材料的制备方法不同，具体制备方法包括：将铁矿尾渣粉碎，然后与浒苔生物炭、导电炭黑混匀，再加入海泡石粉、凹凸棒土，混匀，继续加入乳液状聚四氟乙烯，混匀，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液，在真空状态下以10℃/min的速度升温至120℃，保温4.5h，冷却，制得。

实验例

1、浙江某农用地土壤污染厚度为浅层，污染深度小于25cm，将污染土壤平均划分为8块，分别将实施例1-3和对比例1-5制得的土壤修复材料播撒到划分好的土壤中，修复材料用量为土壤质量的6％，将污染土壤表层30cm厚的土壤与施加的修复材料通过翻耕的方式混合均匀，然后经过30天的修复后，检测土壤中重金属含量，检测结果如下：

2、浙江另一农用地土壤污染为中度污染，污染深度为45-50cm，将污染土壤平均划分为8块，分别将实施例1-3和对比例1-5制得的土壤修复材料播撒到划分好的土壤中，修复材料用量为土壤质量的6％，将污染土壤表层50cm厚的土壤与施加的修复材料通过翻耕的方式混合均匀，然后经过30天的修复后，检测土壤中重金属含量，检测结果如下：

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种土壤修复材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：浒苔生物炭85-110份、铁矿尾渣15-30份、导电炭黑5-10份、海泡石粉20-30份、凹凸棒土15-25份、乳液状聚四氟乙烯3-10份和γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液3-6份；

浒苔生物炭通过以下方法制得：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于350-450℃热解0.5-1.5h，然后冷却至室温，再继续升温至550-650℃热解0.5-1.5h，冷却至室温，制得；

浒苔生物炭为蜂窝状多孔结构，呈碱性，能够调节酸性土壤，同时使得土壤中带负电荷位点的密度增加；

乳液状聚四氟乙烯是固含量为20%的原始聚四氟乙烯分散乳液，其呈空间网络状，能够将浒苔生物炭、海泡石粉、凹凸棒土、导电炭黑、铁矿尾渣包裹在网络结构中，浒苔生物炭、海泡石粉、凹凸棒土、导电炭黑、铁矿尾渣就不会掉落。

2.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：浒苔生物炭100份、铁矿尾渣25份、导电炭黑8份、海泡石粉25份、凹凸棒土20份、乳液状聚四氟乙烯8份和γ-巯丙基三甲氧基硅烷5份。

3.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，浒苔生物炭通过以下方法制得：将浒苔洗净，晾干，然后磨成粉，将浒苔粉至于厌氧环境下于400℃热解1h，然后冷却至室温，再继续升温至600℃热解1h，冷却至室温，制得。

4.根据权利要求1或2所述的土壤修复材料，其特征在于，γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液中γ-巯丙基三甲氧基硅烷质量浓度为10-30%。

5.根据权利要求4所述的土壤修复材料，其特征在于，γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液中γ-巯丙基三甲氧基硅烷质量浓度为15%。

6.权利要求1-5任一项所述的土壤修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将铁矿尾渣粉碎，然后与浒苔生物炭、导电炭黑混匀，再加入海泡石粉、凹凸棒土，混匀，继续加入乳液状聚四氟乙烯，混匀，最后加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液，在真空状态下以3-6℃/min的速度升温至75-85℃，保温1-2h，然后以5-10℃/min的速度升温至120-130℃，保温2-4h，冷却，制得。

7.根据权利要求6所述的土壤修复材料的制备方法，其特征在于，加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷溶液后在真空状态下以5℃/min的速度升温至80℃，保温1.5h。

8.根据权利要求6或7所述的土壤修复材料的制备方法，其特征在于，第二次升温是以10℃/min的速度升温至120℃，保温3h。