利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤稳定化处理的方法技术

本发明专利技术属于污染环境中重金属污染修复领域，公开了一种利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤的稳定化处理的方法，其包括以下步骤：（1）土壤的前处理；（2）改性纳米零价铁的制备；（3）改性纳米零价铁与土壤中混合；（4）改性纳米零价铁稳定化重金属复合污染土壤评价。本发明专利技术的特点是采用聚乙烯吡咯烷酮对纳米零价铁进行改性，通过空间位阻作用和静电位阻效应，减少纳米零价铁的团聚，增加其分散性和在土壤中的迁移性，经测定采用本发明专利技术，改性后的纳米零价铁在土壤中分散性和迁移性增加，不容易被土壤固相吸附，在1h时，仅有19.7%的P‑nZVI被土壤吸附。

Method for stabilizing treatment of heavy metal contaminated soil by modified nano zero valent iron

The invention belongs to the field of environmental pollution remediation of heavy metal pollution, and discloses a method of utilizing the modified nano zero valent iron on the method of stabilizing treatment of soil heavy metal pollution, which comprises the following steps: (1) before the treatment of soil; (2) modified nano zero valent iron preparation; (3) mixing modification nano zero valent iron and soil; (4) modified nano zero valent iron Stabilized Heavy Metal Pollution Assessment of soil. The invention is characterized by polyvinylpyrrolidone on nano zero valent iron was modified by steric interactions and electrostatic steric effect, reduce the agglomeration of nano zero valent iron, increase the dispersion and mobility in soil, as determined by the invention, modified nano zero valent iron dispersion and migration in soil increased, soil is not easy to be solid adsorption, in 1H, only 19.7% of the P nZVI adsorbed by soil.

【技术实现步骤摘要】
利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤稳定化处理的方法
本专利技术属于污染环境中重金属污染修复领域，尤其涉及一种利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤的稳定化处理的方法。
技术介绍
人类活动如矿山开采、金属冶炼、农田污灌、污泥农用以及肥料和杀虫剂的施用，已经造成了大量的土壤重金属污染，严重威胁着生态平衡、食品安全和人体健康。其中镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铬（Cr）和铅（Pb）被认为是主要重金属污染物中的“五毒”。《全国土壤污染状况调查公报》中显示：全国土壤总的超标率为16.1%，污染类型以无机型为主，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%，耕地土壤点位超标率为19.4%。矿冶活动是重金属污染的主要来源。无论是受重金属污染较严重的工矿废弃地，还是污染程度相对较轻的农业污染土壤，往往表现为多种重金属的复合污染。更为复杂的是，污染土壤的各种重金属间通常会发生交互作用，为土壤重金属污染治理与修复技术的应用带来了困难。重金属的不可降解性决定了其将长期存在于土壤中。为了降低重金属污染物的生物有效性以及迁移性，在众多重金属污染治理技术中，重金属的稳定化技术被认为是经济有效、且对环境扰动较小的修复技术，已日渐受到重视，并逐渐应用于重金属污染场地的修复。零价铁（zerovalentiron，ZVI）技术，因其操作工艺简单、处理效率高、运行费用低、能耗小、材料易得等特点，被视为一种较有潜力的土壤稳定修复技术。其中，纳米级别的零价铁（nano-scalezero-valentiron，nZVI）具有普通毫米级或微米级零价铁不能比拟的还原吸附能力，能高效得将污染物，如含氯有机物、有毒金属、无机化合物转变为低毒或惰性的物质，已在水环境中得到了应用，但仍缺乏在土壤中的研究和应用。由于纳米零价铁颗粒表面静电荷引力、高表面能、颗粒间的范德华引力以及颗粒表面的氢键及其他化学键作用，导致纳米颗粒容易形成聚合体，且纳米零价铁零价铁易被氧化，这两个缺陷制约了其在污染水体及土壤中的分散性、迁移性，是限制其修复能力的最大障碍。因此，对纳米零价铁进行改性，并应用于复合污染重金属土壤，对重金属复合污染土壤的修复具有重要意义。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种操作简单，修复效率高，修复成本低，且避免对环境造成二次污染的利用聚乙烯吡咯烷酮改性的纳米零价铁在复合重金属污染土壤的稳定化处理方法。为实现上述技术目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤的稳定化处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤（1）土壤前处理，步骤（2）改性纳米零价铁制备，步骤（3）改性纳米零价铁与土壤中混合，步骤（4）改性纳米零价铁稳定化重金属复合污染土壤评价。具体地，所述方法包括以下步骤：步骤（1）土壤前处理：将重金属污染土壤放在通风良好、整洁、无尘、无易挥发性化学物质的房间风干，将风干后的重金属污染土壤进行磨碎，过2mm尼龙筛，完成土壤的预处理；步骤（2）改性纳米零价铁制备：在室温、氮气保护下，往浓度为0.01M的FeSO4溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVPK-30），机械搅拌使之充分混合，混合时间为15min，然后加入浓度为0.03M的NaBH4溶液，在氮气保护条件下，机械搅拌，混合时间20min，制得改性纳米零价铁颗粒；静置五分钟后真空抽滤，洗涤；步骤（3）改性纳米零价铁与土壤中混合：将步骤（2）中得到改性纳米零价铁颗粒，加入超纯水，用机械搅拌器快速搅拌，制成改性纳米零价铁溶液，然后将改性纳米零价铁溶液加入到步骤（1）中经过前处理的土壤中，并用水使土壤水分饱和，用恒温振荡机振荡，随后在通风条件较好的室内静置，进行稳定化处理；步骤（4）改性纳米零价铁稳定化重金属复合污染土壤评价：对步骤（3）中Fe0在土壤中稳定性进行测定。所述步骤（1）中，所述重金属污染土壤的pH为7.4。所述步骤（3）中，所述改性纳米零价铁溶液的浓度为1.0g/L。所述步骤（2）中，所述机械搅拌的速度为300rpm。所述步骤（3）中，所述恒温振荡机振荡参数为：振荡10h以上，温度为20℃～30℃，转速为150rpm。所述步骤（3）中，室内静置时间为14天～21天。与现有技术相比，本专利技术的优点主要包括但是并不限于以下几个方面：本专利技术制备的新型改性纳米零价铁可用于治理重金属复合污染土壤，其操作简便，操作简单，修复效率高，修复成本低，且避免对环境造成二次污染，因此在环境修复领域具有广泛的应用前景。本专利技术以聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂对纳米零价铁进行改性，得到的改性纳米零价铁是一种具有分散性能好，在土壤中稳定性和迁移性良好，修复效率高的材料。本专利技术采用的改性纳米零价铁的制备方法中，由BH4-/Fe2+的摩尔比为3.0的配比条件下进行制备，使Fe2+全部还原成Fe0，反应效率高；其次，所使用的试剂和器材容易取得，制备简便；最后，反应后的产物为改性后的纳米零价铁颗粒沉淀，易于从溶液中分离，能最终得到纯度较高的改性纳米零价铁。相比于其他方法，本专利技术制备的改性纳米零价铁分散性强，不易团聚，在土壤中的稳定性和迁移性较强，能有效得稳定土壤中的复合重金属。本专利技术对重金属复合污染土壤进行稳定化修复，修复效率高，操作简单易行，修复成本低，可应用于大规模的重金属复合污染土壤中。附图说明图1为未改性的纳米零价铁的透射电镜图图2为聚乙烯吡咯烷酮改性的纳米零价铁的透射电镜图图3为土壤对nZVI和P-nZVI的吸附动力学曲线。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本专利技术进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。实施例1将重金属复合污染土壤进行预处理（1）将重金属复合污染土壤放在通风良好、整洁、无尘、无易挥发性化学物质的房间风干；（2）将风干后的重金属复合污染土壤，用木槌、木滚及有机玻璃板进行磨碎，过2mm尼龙筛，完成土壤的预处理。制备改性纳米零价铁：（1）FeSO4溶液的制备：称取0.1400gFeSO4·7H2O置于烧杯中，加入适量超纯水，用玻璃棒搅拌溶解，并转移至50ml容量瓶中，定容至刻度线，摇匀，即为0.01MFeSO4溶液。（2）含有聚乙烯吡咯烷酮的FeSO4溶液的制备：称取0.4g聚乙烯吡咯烷酮，在氮气保护及搅拌器搅拌的条件下，使之溶解于50ml0.01MFeSO4溶液中，搅拌15min。（3）NaBH4溶液的制备：称取0.0567gNaBH4置于烧杯中，加入适量超纯水，用玻璃棒搅拌溶解，并转移至50ml容量瓶中，定容至刻度线，摇匀，即为0.03MNaBH4溶液。（4）纳米零价铁（nZVI）的制备：室温下，将50mL的FeSO4溶液置于250ml三口烧瓶中，在氮气保护及搅拌器搅拌的条件下，将50mL的NaBH4水溶液迅速匀速缓慢滴加至三口烧瓶中，继续搅拌20min，得到黑色悬浮液。静置五分钟后真空抽滤，分别用超纯水和无水乙醇洗涤3次，在氮气保护下，40℃烘箱中烘10h，烘干。（5）改性纳米零价铁（P-nZVI）的制备：室温下，将50mL含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤的稳定化处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤（1）土壤前处理，步骤（2）改性纳米零价铁制备，步骤（3）改性纳米零价铁与土壤中混合，步骤（4）改性纳米零价铁稳定化重金属复合污染土壤评价。

【技术特征摘要】
1.一种利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤的稳定化处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤（1）土壤前处理，步骤（2）改性纳米零价铁制备，步骤（3）改性纳米零价铁与土壤中混合，步骤（4）改性纳米零价铁稳定化重金属复合污染土壤评价。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤（1）土壤前处理：将重金属污染土壤放在通风良好、整洁、无尘、无易挥发性化学物质的房间风干，将风干后的重金属污染土壤进行磨碎，过2mm尼龙筛，完成土壤的预处理；步骤（2）改性纳米零价铁制备：在室温、氮气保护下，往浓度为0.01M的FeSO4溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVPK-30），机械搅拌使之充分混合，混合时间为15min，然后加入浓度为0.03M的NaBH4溶液，在氮气保护条件下，机械搅拌，混合时间20min，制得改性纳米零价铁颗粒；静置五分钟后真空抽滤，洗涤；步骤（3）改性纳米零价铁与土壤中混合：将步骤（2）中得到改性纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：应蓉蓉，孔令雅，石佳奇，邓绍坡，单艳红，赵欣，王磊，张亚，冯艳红，
申请(专利权)人：环境保护部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32