RU2722697C1 - Agent for reducing arsenic mobility in soil - Google Patents

Agent for reducing arsenic mobility in soil Download PDF

Info

Publication number
RU2722697C1
RU2722697C1 RU2019138401A RU2019138401A RU2722697C1 RU 2722697 C1 RU2722697 C1 RU 2722697C1 RU 2019138401 A RU2019138401 A RU 2019138401A RU 2019138401 A RU2019138401 A RU 2019138401A RU 2722697 C1 RU2722697 C1 RU 2722697C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arsenic
iron
silicon
soil
silicon dioxide
Prior art date
Application number
RU2019138401A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Афанасьевна Бочарникова
Владимир Викторович Матыченков
Original Assignee
Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН) filed Critical Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН)
Priority to RU2019138401A priority Critical patent/RU2722697C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722697C1 publication Critical patent/RU2722697C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08Reclamation of contaminated soil chemically
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.SUBSTANCE: invention relates to the agriculture. Agent for reducing mobility and solubility of arsenic compounds in soil contains a composition of silicon and iron preparations, wherein the silicon preparation is amorphous silicon dioxide with surface area of 30 m/g to 400 m/g, which is selected from a group consisting of natural silicon dioxide, synthetic silicon dioxide, silicon obtained from waste industry, where iron is used as iron (III) oxide, wherein ratio of iron and silicon in weight ratio is from 1/10 to 1/30.EFFECT: invention reduces arsenic toxicity to living organisms and arsenic mobility (solubility) in soils and grounds.4 cl, 2 tbl, 2 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для рекультивации земель, загрязненных мышьяком и другими неорганическими загрязнителями.The invention relates to the field of environmental protection and can be used for the restoration of lands contaminated with arsenic and other inorganic pollutants.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время, загрязнение окружающей среды мышьяком является одним из главных негативных факторов влияющем на здоровье человека. Концентрация мышьяка в питьевой воде свыше 10 мкг на литр вызывает хроническое отравление [1]. Загрязнения мышьяком в основном происходит в следствие выветривания мышьяк-содержащих минералов, сжигании угля, при использовании мышьяк-содержащих пестицидов, применения арсенатов при обработке древесины, при добыче и выплавке некоторых металлов [2]. Известно, что сточные воды предприятий по производству изделий из стекла, консервантов древесины, керамических изделий, кожевенных изделий, а также заводов по выпуску красок, нефтеперерабатывающих заводов могут содержать мышьяк и тяжелые металлы, которые могут попадать в почву [3].Currently, arsenic pollution is one of the main negative factors affecting human health. The concentration of arsenic in drinking water above 10 μg per liter causes chronic poisoning [1]. Arsenic pollution mainly occurs as a result of weathering of arsenic-containing minerals, coal combustion, when using arsenic-containing pesticides, the use of arsenates in wood processing, and in the extraction and smelting of certain metals [2]. It is known that the wastewater of enterprises manufacturing glass products, wood preservatives, ceramic products, leather goods, as well as paint factories, oil refineries may contain arsenic and heavy metals that can enter the soil [3].

Непрерывный рост населения и промышленное развитие приводит к глобальному загрязнению почв и подземных вод мышьяком. В некоторых районах эта проблема достигла критического уровня [3]. Поэтому необходимо разрабатывать новые технологии для очистки и дезактивации загрязненных мышьяком почв и сточных вод.Continuous population growth and industrial development leads to global pollution of arsenic soils and groundwater. In some areas, this problem has reached a critical level [3]. Therefore, it is necessary to develop new technologies for the cleaning and decontamination of arsenic-contaminated soils and wastewater.

Известны композиции, в состав которых входят соли железа, а именно оксид железа. Известен патент Китая №CN105733588 (2019-04-26), где для очистки почвы используют материал на основе нано-альфа-Fe2O3, который иммобилизирован в биоуглероде посредством бескислородной высокотемпературной карбонизации. Синтезированный биоуглеродный материал на основе железа равномерно смешивается с почвой в определенной пропорции и через некоторое время фиксированная доля мышьяка в водорастворимом состоянии и мышьяка в эффективном состоянии в загрязненной мышьяком почве достигает 59,6% и 66,2% соответственно [4].Known compositions, which include iron salts, namely iron oxide. A well-known Chinese patent No. CN105733588 (2019-04-26), where a material based on nano-alpha-Fe 2 O 3 , which is immobilized in bio-carbon by means of oxygen-free high-temperature carbonization, is used for soil cleaning. The synthesized iron-based biocarbon material is uniformly mixed with the soil in a certain proportion and after a while a fixed proportion of arsenic in the water-soluble state and arsenic in the effective state in the arsenic-contaminated soil reaches 59.6% and 66.2%, respectively [4].

Известны композиции, в состав которых входят диоксид кремния. Кондиционер для восстановления загрязненных почв на основе аморфного диоксида кремния описан в патенте РФ №RU2122903 (10.12.1998). В качестве минерального компонента использована смесь из двух или более твердых кремнийсодержащих веществ с содержанием Si от 5-45%, при этом, по крайней мере, одно из указанных веществ, расход которого составляет 50-10000 кг на 1 га, находится в некристаллической форме с частицами размером не более 1 мм, а другие вещества, общий расход которых составляет 100-20000 кг на 1 га, находятся в некристаллической или кристаллической форме с частицами размером не более 5 см. В качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы экологически безопасные твердые кремнийсодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства в виде золы, шлаков, пыли и т.п., химически чистые кремнийсодержащие соединения, например аморфный диоксид кремния, кварцевый песок, силикат кальция, силикат магния и т.п., а также молотые кремний-содержащие горные породы, например: песок, песчаник, цеолит, туф [5].Known compositions, which include silicon dioxide. An air conditioner for the restoration of contaminated soils based on amorphous silicon dioxide is described in RF patent No. RU2122903 (12/10/1998). As a mineral component, a mixture of two or more solid silicon-containing substances with a Si content of 5-45%, at least one of these substances, the consumption of which is 50-10000 kg per 1 ha, is in non-crystalline form with particles not exceeding 1 mm in size, and other substances with a total consumption of 100-20000 kg per 1 ha are in non-crystalline or crystalline form with particles not exceeding 5 cm in size. Environmentally friendly solid silicon-containing wastes can be used as solid silicon-containing substances. industry and agriculture in the form of ash, slag, dust, etc., chemically pure silicon-containing compounds, for example amorphous silicon dioxide, silica sand, calcium silicate, magnesium silicate, etc., as well as ground silicon-containing rocks, for example: sand, sandstone, zeolite, tuff [5].

Известны композиции, в состав которых входят как соединения кремния и соединения железа. В заявке на изобретение Китая CN 105199737 (2015-12-30) описан почвенный кондиционер, используемый для обработки загрязнений тяжелыми металлами и мышьяком. Предлагаемый кондиционер является смесью кальций содержащих соединений (известь, доломит), магний содержащих соединений (тальк, сепионит), кремний содержащих соединений (песок, валлостонит, бентонит) и соединений железа (железистая руда, полевой шпат, альбит). Подготовленную смесь подвергают термической обработке (от 1150 до 1250°С) и после остывания ее размалывают.[6]. Получаемый кондиционер получается дорогим из-за использования высокого нагревания и тонкого помолаCompositions are known which comprise both silicon compounds and iron compounds. Chinese patent application CN 105199737 (2015-12-30) describes a soil conditioner used for treating contaminants with heavy metals and arsenic. The proposed conditioner is a mixture of calcium containing compounds (lime, dolomite), magnesium containing compounds (talc, sepionite), silicon containing compounds (sand, wallostonite, bentonite) and iron compounds (iron ore, feldspar, albite). The prepared mixture is subjected to heat treatment (from 1150 to 1250 ° C) and after cooling it is milled. [6]. The resulting conditioner is expensive due to the use of high heat and fine grinding.

Наиболее близким к заявляемому составу является заявка на изобретение Китая №CN 107377600 (2017-11-24), которая относится к кондиционеру, используемому для восстановления почвы загрязненной смесью кадмия-мышьяк, и способу его применения. Состав кондиционера состоит из 30-50 частей гидроксиапатита, 10-30 частей цеолита и 25-55 частей модифицированной карбонизированной соломы. Гидроксиапатит содержит кальций (22-27%) фосфор (9-12%), цеолит содержит 62-70% SiO2, 13-17% Ai2O3, 1-2% Fe2O3, 3,5-6% СаО и 1-3% Na2O. Таким образом, железо и кремния находятся в одном соединении - цеолите, а не смесь кроений и железо содержащих соединений [7]. Недостатком кондиционера так же является низкое содержание кремния (около 7% по SiO2) и железа (около 0,2% по Fe2O3) от объема средства, что снижает его эффективность по отношению к мышьяку.Closest to the claimed composition is the application for the invention of China No. CN 107377600 (2017-11-24), which relates to an air conditioner used to restore soil contaminated with a mixture of cadmium-arsenic, and the method of its application. The composition of the air conditioner consists of 30-50 parts of hydroxyapatite, 10-30 parts of zeolite and 25-55 parts of modified carbonized straw. Hydroxyapatite contains calcium (22-27%) phosphorus (9-12%), the zeolite contains 62-70% SiO 2 , 13-17% Ai 2 O 3 , 1-2% Fe 2 O 3 , 3.5-6% CaO and 1-3% Na 2 O. Thus, iron and silicon are in the same compound — zeolite, and not a mixture of cuttings and iron-containing compounds [7]. The disadvantage of the air conditioner is also the low content of silicon (about 7% SiO 2 ) and iron (about 0.2% Fe 2 O 3 ) of the volume of the product, which reduces its effectiveness with respect to arsenic.

Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного и безопасного состава средства для рекультивации почв, стимулирующего рост и улучшающего жизнедеятельность растений.The objective of the invention is the creation of an effective and safe composition of the means for soil remediation, stimulating growth and improving the vital activity of plants.

Поставленная задача решается за счет того, что состав средства для рекультивации почв содержит кремний содержащий материал и оксид железа. В качестве кремнийсодержащего материала используют аморфный диоксид кремния. Состав кондиционера почв выполняют при следующем соотношении компонентов железа и кремния: от 1/10 до 1/30.The problem is solved due to the fact that the composition of the means for soil remediation contains silicon containing material and iron oxide. Amorphous silicon dioxide is used as the silicon-containing material. The composition of the soil conditioner is carried out in the following ratio of iron and silicon components: from 1/10 to 1/30.

Технический результат состоит в том, что заявленное средство позволяет снизить токсическое воздействие мышьяка на живые организмы и подвижность (растворимость) мышьяка в почвах и грунтах.The technical result consists in the fact that the claimed tool allows to reduce the toxic effects of arsenic on living organisms and the mobility (solubility) of arsenic in soils and soils.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Предметом настоящего изобретения является средство для снижения подвижности и растворимости соединений мышьяка в почве содержащее композицию препаратов кремния и железа. При этом препарат кремния представляет собой аморфный диоксид кремния с площадью поверхности от 30 м2/г до 400 м2/г, который может представлять собой синтетический диоксид кремния, кремний-содержащие отходы в виде золы, микросилики с содержанием диоксида кремния не менее 85% и молотый природный диоксид кремния (кварцевый песок, туф, диатомит) с содержанием SiCO2 не менее 85%, где препарат железа представляет собой природный или синтетический оксид железа (III), при этом соотношение препарата железа и кремния в весовом соотношении составляет от 1/10 до 1/30.The subject of the present invention is a means for reducing the mobility and solubility of arsenic compounds in soil containing a composition of silicon and iron preparations. In this case, the silicon preparation is amorphous silicon dioxide with a surface area of 30 m 2 / g to 400 m 2 / g, which may be synthetic silicon dioxide, silicon-containing waste in the form of ash, microsilicon with a silicon dioxide content of at least 85% and ground natural silicon dioxide (quartz sand, tuff, diatomite) with a SiCO 2 content of at least 85%, where the iron preparation is a natural or synthetic iron (III) oxide, while the ratio of the iron and silicon preparation in a weight ratio is from 1 / 10 to 1/30.

Описание изобретенияDescription of the invention

При изучении эффективного состава композиции для снижения подвижности и растворимости соединений мышьяка в почве было обнаружено, что применение композиции, состоящей из аморфного диоксида кремния с площадью поверхности от 30 м2/г и препарата железа, позволяет значительно снизить подвижность и растворимость соединений мышьяка в почве.When studying the effective composition of the composition to reduce the mobility and solubility of arsenic compounds in the soil, it was found that the use of a composition consisting of amorphous silicon dioxide with a surface area of 30 m 2 / g and an iron preparation can significantly reduce the mobility and solubility of arsenic compounds in the soil.

Аморфный (некристаллический) диоксид кремния с высокой удельной поверхностью в природе в чистом виде почти не встречается. Его можно получить только технологическим способом. Известно несколько марок выпускаемого аморфного диоксида кремния. Один препарат выпускается под торговой маркой КОВЕЛОС и представляет собой очень легкий микронизированный (размер частиц в зависимости от марки от 6 до 40 микрон) порошок белого цвета без вкуса и запаха с нанопористой структурой частиц, с выраженными сорбционными свойствами. Его удельная площадь поверхности составляет 350-400 м2/г [8]. Другой препарат под маркой МИКРОСИЛИКА выпускает ОАО "Кузнецкие ферросплавы" [9].Amorphous (non-crystalline) silicon dioxide with a high specific surface almost never occurs in nature in its pure form. It can only be obtained in a technological way. Several grades of amorphous silica are known. One preparation is sold under the KOVELOS trademark and is a very light micronized (particle size depending on the brand from 6 to 40 microns) white powder without taste and odor with a nanoporous particle structure, with pronounced sorption properties. Its specific surface area is 350-400 m 2 / g [8]. Another drug under the brand name MICROSILICA is produced by Kuznetsk Ferroalloys OJSC [9].

Из-за большой специфической площади поверхности аморфного диоксида кремния обеспечивается больше мест связывания с мышьяком по сравнению с традиционными материалами, таким образом, значительно улучшая эффективность удаления загрязнителей мышьяка.Due to the large specific surface area of amorphous silicon dioxide, more binding sites for arsenic are provided compared to traditional materials, thus significantly improving the removal efficiency of arsenic contaminants.

В качестве аморфного диоксида кремния могут быть использованы природный кремний (туфы, диатомиты), синтетический кремний (пирогенный кремнезем), отходы промышленности (зола, микросилика). Высокая площадь поверхности кремниевых соединений обеспечивает высокую растворимость по отношению к кремнию, что и обеспечивает их высокую химическую активность [10].As amorphous silicon dioxide, natural silicon (tuffs, diatomites), synthetic silicon (fumed silica), and industrial wastes (ash, microsilica) can be used. The high surface area of silicon compounds provides high solubility with respect to silicon, which ensures their high chemical activity [10].

В качестве препарата железа использован оксид железа. При изготовлении средства соотношение препаратов железа и кремния в весовом соотношении составляет от 1/10 до 1/30.As an iron preparation, iron oxide was used. In the manufacture of the product, the ratio of iron and silicon preparations in a weight ratio is from 1/10 to 1/30.

Комбинирование в средстве двух компонентов с разными свойствами позволяет обеспечить максимальную эффективность деактивации мышьяка за счет синергетического эффекта по снижению его подвижности. Поскольку компоненты средства не проявляют токсического воздействия по отношению к микроорганизмам, их использование не приводит к снижению деятельности микроорганизмов и снижению эффективности рекультивации. Способ повышения снижения подвижности и растворимости соединений мышьяка в почве включает внесение средства на поверхность выбранной площадки почвы в дозах от 0,1 до 3 тон на гектар с последующим дискованием или рыхлением обработанной почвы с помощью плуга.The combination of two components with different properties in the agent allows for the maximum efficiency of arsenic deactivation due to the synergistic effect of reducing its mobility. Since the components of the agent do not show toxic effects in relation to microorganisms, their use does not lead to a decrease in the activity of microorganisms and a decrease in the efficiency of reclamation. A method of increasing the mobility and solubility of arsenic compounds in the soil involves adding funds to the surface of the selected soil site in doses of 0.1 to 3 tons per hectare, followed by disking or loosening the treated soil using a plow.

Для получения доказательства возможности создания кремний-железистой смеси был проведен ряд инкубационных, вегетационных и лабораторных экспериментов с использованием следующих кремний-содержащих соединений: микросилика металлургического комбината (Металлургический комбинат «Кузнецкие ферросплавы», г. Новокузнецк, Россия) и химически чистого аморфного диоксида кремния (площадь поверхности 30 и 300 м2/г). В качестве источника железа использовали растворимую соль оксид железа (Fe2O3) как источник железа. Были изготовлены следующие смеси:To obtain evidence of the possibility of creating a silicon-iron mixture, a number of incubation, vegetation, and laboratory experiments were carried out using the following silicon-containing compounds: microsilicon of a metallurgical plant (Kuznetsk Ferroalloys Metallurgical Plant, Novokuznetsk, Russia) and chemically pure amorphous silicon dioxide ( surface area 30 and 300 m 2 / g). As a source of iron, a soluble salt of iron oxide (Fe 2 O 3 ) was used as a source of iron. The following mixtures were made:

1) Микросилика: оксид железа в пропорции 10:1,1) Microsilica: iron oxide in a ratio of 10: 1,

2) Микросилика: оксид железа в пропорции 30:1,2) Microsilica: iron oxide in a ratio of 30: 1,

3) Диоксид кремния (30 м2/г): оксид железа в пропорции 30:1,3) Silicon dioxide (30 m 2 / g): iron oxide in a ratio of 30: 1,

4) Диоксид кремния (300 м2/г): оксид железа в пропорции 30:1,4) Silicon dioxide (300 m 2 / g): iron oxide in a ratio of 30: 1,

Все первоначальные препараты и смеси были размолоты до размера частиц 0,1 мм.All initial preparations and mixtures were ground to a particle size of 0.1 mm.

Пример 1.Example 1

Вегетационный эксперимент проводили с использованием торфа в качестве почвенной матрицы и культурой ячменя (Hordeum vulgare, сорт Московская 9) в пластиковых сосудах объемом 1 литр. Перед посадкой семян в торф вносили соль мышьяка (AsNaCO2) в количестве 50 мл и концентрацией мышьяка 50 ммоль для обеспечения высокого уровня загрязнения по мышьяку. В течение 1 недели обработанные мышьяком торф инкубировали при влажности 40-50% и перемешивали для получения однородного загрязнения. После этого вносили смеси соединений кремния с железом дозах 100 кг/га по соединениям железа, так и отдельно соединения железа (100 кг/га) и кремния (1 т/га и 3 т/га), где в пересчете на 1 литр грунта 100 кг/га соответствует 0,1 г на сосуд, 1 т/га - 1 г на сосуд и 3 т/га - 3 г на сосуд соответственно. Затем высаживали семена ячменя. Растения выращивали в течение 4 недель. Температура воздуха составляла +24°С днем и +20°С ночью при световом режиме 12 часов и влажности воздуха 90%. Полив проводили регулярно и влажность субстрата составляла 50-60% от массы. После этого отбирали образцы грунта и растений. Растения высушивали и затем в корнях и листьях определяли общее содержание мышьяка с использованием ICP-MSI Cap-Q (USA). В почве определяли содержание подвижных (0,1 н HCl вытяжка) и потенциально подвижных (2 n HNO3 вытяжка) форм мышьяка с использованием ICP-MSI Cap-Q (USA). Все эксперименты проводили в 3-х кратной повторности. Полученные данные представлены в таблице 1.The vegetation experiment was carried out using peat as a soil matrix and a barley culture (Hordeum vulgare, cultivar Moskovskaya 9) in 1 liter plastic vessels. Before planting seeds, peat was added with arsenic salt (AsNaCO 2 ) in an amount of 50 ml and an arsenic concentration of 50 mmol to ensure a high level of arsenic pollution. Within 1 week, arsenic-treated peat was incubated at a humidity of 40-50% and mixed to obtain a uniform contamination. After that, mixtures of silicon compounds with iron were introduced in doses of 100 kg / ha for iron compounds, and separately iron compounds (100 kg / ha) and silicon (1 t / ha and 3 t / ha), where in terms of 1 liter of soil 100 kg / ha corresponds to 0.1 g per vessel, 1 t / ha - 1 g per vessel and 3 t / ha - 3 g per vessel, respectively. Then barley seeds were planted. Plants were grown for 4 weeks. The air temperature was + 24 ° C during the day and + 20 ° C at night with a light mode of 12 hours and an air humidity of 90%. Watering was carried out regularly and the humidity of the substrate was 50-60% by weight. After that, soil and plant samples were taken. The plants were dried and then the total arsenic content was determined in the roots and leaves using ICP-MSI Cap-Q (USA). In the soil, the content of mobile (0.1 n HCl extract) and potentially mobile (2 n HNO 3 extract) forms of arsenic was determined using ICP-MSI Cap-Q (USA). All experiments were performed in triplicate. The data obtained are presented in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Использование оксида железа снижает содержание мышьяка в корнях растений на 48,4%, в зеленой массе растений - на 41,8%. Препарат железа так же снизил подвижность мышьяка в грунте на 30,8% для 0,1 н HCl вытяжки и на 43,7%) для 2 n HNO3 вытяжки. Использование только кремниевых препаратов так же приводит к снижению активности мышьяка в системе почва-растение. Однако наиболее значительные снижения аккумуляции мышьяка растениями и снижения подвижности этого металлоида в грунте были получены при использовании смесей кремнийсодержащих и железо-содержащих препаратов. Содержание мышьяка в корнях растений снизилось на 65,8-87,4%, его содержание в листьях ячменя снизилось до 94,9-97,3%). Подвижность мышьяка в грунте была снижена на 68,4-90,4%).The use of iron oxide reduces the content of arsenic in plant roots by 48.4%, in the green mass of plants - by 41.8%. The iron preparation also reduced the mobility of arsenic in the soil by 30.8% for 0.1 n HCl extract and 43.7%) for 2 n HNO 3 extract. The use of only silicon preparations also leads to a decrease in arsenic activity in the soil-plant system. However, the most significant decrease in the accumulation of arsenic by plants and a decrease in the mobility of this metalloid in the soil were obtained using mixtures of silicon-containing and iron-containing preparations. The arsenic content in the roots of plants decreased by 65.8-87.4%, its content in the leaves of barley decreased to 94.9-97.3%). The mobility of arsenic in the soil was reduced by 68.4-90.4%).

Пример 2Example 2

Второй эксперимент проводили с использованием тех же смесей, оксида железа и соединений кремния. В пластиковые колбы объемом 250 мл добавляли 1 г оксида железа и соответствующие количества смесей или соединений кремния. Добавляли так же по 1 г соли (NaCl) для обеспечения одинаковой ионной силы. Затем в колбы наливали 200 мл дистиллированной воды и используя 0,1 н раствор HCl или 0.1 н раствор NaOH доводили рН растворов до значения 7,0±0,1. После этого в каждую колбу добавляли по 10 мл концентрированного раствора AsNaO2 (400 ммоль). Колбы встряхивали в печении 1 часа на ротаторе и затем полученные растворы центрифугировали при 15000 оборотов в минуту в течении 15 минут. В полученных растворах определяли концентрацию мышьяка с использованием ICP-MSI Cap-Q (USA). Эксперимент проводили в 4-х кратной повторности. Полученные результаты показаны в таблице 2.The second experiment was carried out using the same mixtures of iron oxide and silicon compounds. 1 g of iron oxide and the corresponding amounts of mixtures or silicon compounds were added to 250 ml plastic flasks. 1 g of salt (NaCl) was also added to ensure the same ionic strength. Then, 200 ml of distilled water was poured into the flasks, and using a 0.1 N HCl solution or 0.1 N NaOH solution, the pH of the solutions was adjusted to 7.0 ± 0.1. After that, 10 ml of concentrated AsNaO 2 solution (400 mmol) was added to each flask. The flasks were shaken in a biscuit for 1 hour on a rotator and then the resulting solutions were centrifuged at 15,000 rpm for 15 minutes. In the resulting solutions, the arsenic concentration was determined using ICP-MSI Cap-Q (USA). The experiment was performed in 4 replicates. The results obtained are shown in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Оксид железа снизил концентрацию мышьяка в растворе в 2 раза. Присутствие шлака имело минимальное влияние на концентрацию мышьяка. Аморфный оксид кремния 300 м2/г снижал концентрацию так же, как оксид железа. Предлагаемые смеси имели максимальные сорбционные свойства по отношению к мышьяку. Присутствие обоих компонентов (кремниевого и железистого) обладает синергетическим эффектом, позволяющим существенно повысить сорбционные свойства по отношению к мышьяку. Это можно объяснить наличием нескольких механизмов взаимодействия смеси с растворимыми соединениями мышьяка, которые усиливают друг, друга, или создают условия последовательной реализации механизмов. Оксид железа обеспечивает химическую сорбцию мышьяка, в то время как соединения кремния могут обеспечивать только физическую сорбцию мышьяка. Однако, присутствие оксида железа и аморфного кремнезема высокой степени дисперсности обеспечивают оба типа адсорбции мышьяка. Кроме того, аморфный кремнезем позволяет получить высокую концентрации. Монокремниевой кислоты в растворе. Монокремниевая кислота в свою очередь может повышать химическую сорбционную способность железа по отношению к мышьяку. Скорее всего в получаемых системах работают все вышеперечисленные механизмы.Iron oxide reduced the concentration of arsenic in solution by 2 times. The presence of slag had a minimal effect on arsenic concentration. Amorphous silica 300 m 2 / g reduced the concentration as well as iron oxide. The proposed mixtures had maximum sorption properties with respect to arsenic. The presence of both components (silicon and glandular) has a synergistic effect, which can significantly increase the sorption properties in relation to arsenic. This can be explained by the presence of several mechanisms of interaction of the mixture with soluble compounds of arsenic, which reinforce each other, or create conditions for the consistent implementation of the mechanisms. Iron oxide provides chemical sorption of arsenic, while silicon compounds can only provide physical sorption of arsenic. However, the presence of iron oxide and amorphous silica with a high degree of dispersion provide both types of adsorption of arsenic. In addition, amorphous silica provides a high concentration. Monosilicic acid in solution. Monosilicic acid, in turn, can increase the chemical sorption ability of iron in relation to arsenic. Most likely, all of the above mechanisms work in the resulting systems.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Полученное средство нейтрализует растворимые соединения мышьяка путем их сорбции, образования нерастворимых силикатов мышьяка. Таким образом, снижается токсическое воздействие мышьяка на живые организмы и подвижность (растворимость) мышьяка в почвах, грунтах, что способствует получению экологически более безопасной продукции. Применение средства дополнительно способствует улучшению аэрации почвы и лучшему развитию корневой системы растения за счет высокой пористости компонентов средства и повышению водоудерживающей способности почвы. Промышленная применимость дополнительно подтверждается примерами 1 и 2.The resulting tool neutralizes the soluble compounds of arsenic by sorption, the formation of insoluble silicates of arsenic. Thus, the toxic effects of arsenic on living organisms and the mobility (solubility) of arsenic in soils and soils are reduced, which contributes to the production of environmentally safer products. The use of the agent additionally contributes to the improvement of soil aeration and the better development of the root system of the plant due to the high porosity of the components of the agent and to the increase of the water holding capacity of the soil. Industrial applicability is further confirmed by examples 1 and 2.

Источники информацииSources of information

1. Bradham KD, Diamond GL, Burgess M, Juhasz A, Klotzbach JM, Maddaloni M et al (2018) In vivo and in vitro methods for evaluating soil arsenic bioavailability: relevant to human health risk assessment. J Toxicol Env Heal В 21(2):83-114.1. Bradham KD, Diamond GL, Burgess M, Juhasz A, Klotzbach JM, Maddaloni M et al (2018) In vivo and in vitro methods for evaluating soil arsenic bioavailability: relevant to human health risk assessment. J Toxicol Env Heal B 21 (2): 83-114.

2. Kumar M, Ramanathan AL, Rahman MM, Naidu R (2016) Concentrations of inorganic arsenic in groundwater, agricultural soils and subsurface sediments from the middle Gangetic plain of Bihar, India. Sci Total Environ 573:1103-1114.2. Kumar M, Ramanathan AL, Rahman MM, Naidu R (2016) Concentrations of inorganic arsenic in groundwater, agricultural soils and subsurface sediments from the middle Gangetic plain of Bihar, India. Sci Total Environ 573: 1103-1114.

3. Водяницкий, Ю.H. Хром и мышьяк в загрязненных почвах. Обзор литературы Почвоведение, 2009. №5. - С. 551-559.3. Vodyanitsky, Yu.H. Chromium and arsenic in contaminated soils. Literature Review Soil Science, 2009. No. 5. - S. 551-559.

4. YANG ZHIHUI, CHAI LIYUAN Iron-based biochar material as well as preparation and application thereof. Заявка Китая CN 105733588 (2019-04-26)4. YANG ZHIHUI, CHAI LIYUAN Iron-based biochar material as well as preparation and application thereof. China Application CN 105733588 (2019-04-26)

5. Матыченков B.B. и др. КОНДИЦИОНЕР ПОЧВЫ. Патент РФ №2122903 (10.12.1998).5. Matychenkov B.B. and others. SOIL CONDITIONER. RF patent №2122903 (12/10/1998).

6. LEI ZHIGANG, LEI XINGYU Soil conditioner used for treating heavy metal pollution. Заявка Китая CN 105199737 (2015-12-30).6. LEI ZHIGANG, LEI XINGYU Soil conditioner used for treating heavy metal pollution. China Application CN 105199737 (2015-12-30).

7. LIAO BAIHAN, ZHOU HANG Efficient conditioner used for restoring cadmium-arsenic composite polluted soil and application method of efficient conditioner. Заявка Китая CN 107377600 (2017-11-24).7. LIAO BAIHAN, ZHOU HANG Efficient conditioner used for restoring cadmium-arsenic composite polluted soil and application method of efficient conditioner. China Application CN 107377600 (2017-11-24).

8. Перечень материалов производимых ООО «Экокремний» http://aerosil.su/ob-amorfhom-diokside-kremniya.8. The list of materials produced by Ecokremniy LLC http://aerosil.su/ob-amorfhom-diokside-kremniya.

9. Материалы производимые ОАО "Кузнецкие ферросплавы" https://www.dobavkabeton.ru/about.9. Materials produced by Kuznetsk Ferroalloys OJSC https://www.dobavkabeton.ru/about.

10. Ji, X., Liu, S., Huang, J., Bocharnikova, E., & Matichenkov, V. (2016). Monosilicic acid potential in phytoremediation of the contaminated areas. Chemosphere, 157, 132-136.10. Ji, X., Liu, S., Huang, J., Bocharnikova, E., & Matichenkov, V. (2016). Monosilicic acid potential in phytoremediation of the contaminated areas. Chemosphere, 157, 132-136.

Claims (4)

1. Средство для снижения подвижности и растворимости соединений мышьяка в почве, содержащее композицию препаратов кремния и железа, отличающееся тем, что препарат кремния представляет собой аморфный диоксид кремния с площадью поверхности от 30 м2/г до 400 м2/г, который выбирают из группы, состоящей из природного диоксида кремния, синтетического диоксида кремния, кремния, полученного из отходов промышленности, где в качестве препарата железа используют оксида железа (III), при этом соотношение препарата железа и кремния в весовом соотношении составляет от 1/10 до 1/30.1. A tool to reduce the mobility and solubility of arsenic compounds in the soil, containing a composition of silicon and iron preparations, characterized in that the silicon preparation is an amorphous silicon dioxide with a surface area of from 30 m 2 / g to 400 m 2 / g, which is selected from a group consisting of natural silicon dioxide, synthetic silicon dioxide, silicon obtained from industrial wastes, where iron (III) oxide is used as an iron preparation, while the ratio of the iron and silicon preparation in a weight ratio is from 1/10 to 1/30 . 2. Средство по п. 1, отличающееся тем, что синтетический аморфный диоксид кремния представляет пирогенный кремнезем с содержанием SiO2 не менее 85%.2. The tool according to p. 1, characterized in that the synthetic amorphous silicon dioxide is fumed silica with a SiO 2 content of at least 85%. 3. Средство по п. 1, отличающееся тем, что природный аморфный диоксид кремния входит в состав туфов, диатомита, тонкомолотого кварца с содержанием SiO2 не менее 85%.3. The tool according to p. 1, characterized in that natural amorphous silicon dioxide is part of tuffs, diatomite, finely ground quartz with a SiO 2 content of at least 85%. 4. Средство по п. 1, отличающееся тем, что аморфный диоксид кремния, полученный из отходов промышленности, выбирают из группы, в которую входят зола, микросилика с содержанием SiO2 не менее 85%.4. The tool according to claim 1, characterized in that the amorphous silicon dioxide obtained from industrial wastes is selected from the group consisting of ash, microsilica with a content of SiO 2 of at least 85%.
RU2019138401A 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil RU2722697C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138401A RU2722697C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138401A RU2722697C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722697C1 true RU2722697C1 (en) 2020-06-03

Family

ID=71067507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019138401A RU2722697C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722697C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125039C1 (en) * 1997-01-14 1999-01-20 Шульгин Александр Иванович Humin concentrate, method of its preparing, devices for electrochemical preparing humin concentrate (variants), method of water treatment from impurities, method of dehydration of viscous-flowing media, method of detoxication of organic compounds, method of utilization of sewage, method of making soil from natural and artificial grounds and recovery of fertility of degraded soils, method of composting organic waste, method of utilization of tap water sediments
US20040016676A1 (en) * 2002-07-24 2004-01-29 Newton Jeffrey P. Production of lower molecular weight dydrocarbons
JP2009102518A (en) * 2007-10-23 2009-05-14 Daiei Kensetsu Kk Treatment material for reducing heavy metals, treatment method for reducing heavy metals, method for manufacturing material for granulation treatment, and ground material
CN107377600A (en) * 2017-07-05 2017-11-24 中南林业科技大学 For repairing the efficient conditioner and its application process of cadmium arsenic combined contamination soil

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2125039C1 (en) * 1997-01-14 1999-01-20 Шульгин Александр Иванович Humin concentrate, method of its preparing, devices for electrochemical preparing humin concentrate (variants), method of water treatment from impurities, method of dehydration of viscous-flowing media, method of detoxication of organic compounds, method of utilization of sewage, method of making soil from natural and artificial grounds and recovery of fertility of degraded soils, method of composting organic waste, method of utilization of tap water sediments
US20040016676A1 (en) * 2002-07-24 2004-01-29 Newton Jeffrey P. Production of lower molecular weight dydrocarbons
JP2009102518A (en) * 2007-10-23 2009-05-14 Daiei Kensetsu Kk Treatment material for reducing heavy metals, treatment method for reducing heavy metals, method for manufacturing material for granulation treatment, and ground material
CN107377600A (en) * 2017-07-05 2017-11-24 中南林业科技大学 For repairing the efficient conditioner and its application process of cadmium arsenic combined contamination soil

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qayyum et al. A review on remediation technologies for heavy metals contaminated soil
Li et al. Effect of calcium silicate hydrates (CSH) on phosphorus immobilization and speciation in shallow lake sediment
Zhang et al. Mineral materials as feasible amendments to stabilize heavy metals in polluted urban soils
Pandey et al. Impact of fly ash incorporation in soil systems
Ning et al. In situ stabilization of heavy metals in multiple-metal contaminated paddy soil using different steel slag-based silicon fertilizer
Jiang et al. Solidification/stabilization of soil heavy metals by alkaline industrial wastes: A critical review
CN106147778A (en) Passivator, preparation method and applications for repairing heavy metal in soil combined pollution
Chen et al. A novel maize biochar-based compound fertilizer for immobilizing cadmium and improving soil quality and maize growth
US20070219096A1 (en) Method of sustaining plant growth in toxic substrates polluted with heavy metal elements as well as fertilization and beneficiation of normal horticultural and agricultural soils
Zhang et al. Factors affecting removal of selenate in agricultural drainage water utilizing rice straw
Chen et al. The interactive effects of chelator, fertilizer, and rhizobacteria for enhancing phytoremediation of heavy metal contaminated soil
Zhang et al. Immobilization of Cd and Pb in a contaminated acidic soil amended with hydroxyapatite, bentonite, and biochar
Xu et al. Evaluation of ferrihydrite-humic acid coprecipitate as amendment to remediate a Cd-and Pb-contaminated soil
Makete et al. Fluoride toxicity in cropping systems: Mitigation, adaptation strategies and related mechanisms. A review
Mondal et al. Exploration of plant growth promoting rhizobacteria (PGPRs) for heavy metal bioremediation and environmental sustainability: Recent advances and future prospects
RU2722697C1 (en) Agent for reducing arsenic mobility in soil
Wang et al. Effects of composite environmental materials on the passivation and biochemical effectiveness of Pb and Cd in soil: Analyses at the ex-planta of the Pak-choi root and leave
Yang et al. Effects of rape straw and red mud on extractability and bioavailability of cadmium in a calcareous soil
CN107282626A (en) A kind of lead-contaminated soil stabilizes restorative procedure
CN109702007B (en) In-situ remediation method for moderate farmland heavy metal cadmium pollution
RU2730619C1 (en) Agent for reducing arsenic mobility in soil
US20030140670A1 (en) Method of sustaining plant growth in toxic substrates polluted with heavy metal elements
US6802805B2 (en) Method for recombining soil
US20050257586A1 (en) Method of sustaining plant growth in hazardous substrates, limiting the mobility of substrate contaminants, and beneficiation of normal soils
Quoc et al. Influence of commercial amendments on Cu and Zn mobility, phytoavailability, and microbial activities on two contaminated soils