一种土壤重金属活化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种土壤重金属活化剂及其制备方法和应用。所述土壤重金属活化剂包括活性成分，所述活性成分的分子结构中至少含有一个偕胺肟基团和一个氨基，或至少含有一个偕胺肟基团和一个胺基。所述土壤重金属活化剂的制备方法：将盐酸羟胺在碳酸钠和碱存在条件下，与一种或多种含氰基和氨基或含氰基和胺基的化合物，加热至60℃~85℃，恒温反应3~5小时，冷却至室温，将pH调整至6~8，即可得重金属活化剂。将所述土壤重金属活化剂以活性成分与土壤质量比为0.1~20‰的比例，加入到重金属污染土壤中，即可达到土壤重金属活化的目的。本发明专利技术可高效活化土壤中铜、铅、锌、镉、镍、汞等污染因子，活化效果好，无二次环境风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土壤重金属污染治理领域，具体涉及一种土壤重金属活化剂及其应用方法。
技术介绍
土壤是一个复杂多相的动态开放体系，主要包括固相、液相、气相及生物相。土壤生态功能是物质在土壤多相体系中相互联系、相互制约的动态过程的体现。土壤固相中所含的大量粘土矿物和有机质等，可有效吸持进入其内部的各种污染因子（如：重金属），进而在土壤中发生累积，当累积超过一定量时，土壤系统输出物将直接或间接地危害人体健康，即土壤污染。我国土壤环境状况总体不容乐观，其中重金属污染防止问题不容忽视。环境保护部和国土资源部2014年4月17日联合发布《全国土壤污染状况调查公报》，调查结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，点位超标率高达19.4%，据农业部统计，全国每年受重金属污染的粮食多达1.2×107吨，因重金属污染而导致粮食减产高达107吨，总计经济损失至少200亿元；近年来屡见血铅事件、镉米事件的报道。作为“米袋子”、“菜篮子”的农田耕地污染已影响到社会、经济的发展，引起国家和广大民众的关注，土壤重金属污染防治问题不容忽视，国家层面高度重视土壤重金属污染防治问题。国内外科研人员开发了大量土壤重金属污染治理技术，研究成果总体可概括为三类治理策略：钝化、稀释和净化。土壤钝化治理策略主要是通过向土壤添加石灰、磷酸盐、含硫药剂、有机质等改良剂，通过改良剂与重金属元素结合方式降低重金属活性，从而达到降低重金属环境风险的目的。土壤钝化策略治理技术处理后，由于重金属污染因子仍然在土壤环境中，在土壤湿、热、气、pH、氧化还原电位、微生物等作用下，重金属污染因子存在进一步活化的环境风险；另一方面，由于向土壤中添加了化学药剂，可能对土壤理化性质、生态功能性产生影响。土壤稀释治理策略主要是通过客土、深翻等工程措施，降低土壤中重金属污染浓度，达到降低重金属环境风险的目的，本策略仅适用于在表层30cm以上的轻度污染治理，对于中等污染程度以上土壤治理不存在竞争性意义。土壤净化治理策略主要是通过提取土壤中重金属污染因子，达到降低土壤重金属总量的目的，本策略以消除土壤中重金属污染因子为最终目的，是最为彻底的治理技术。本策略中超富集植物提取技术受到国内外研究者的推崇。目前，超富集植物提取技术研究前沿是螯合诱导超富集植物提取技术，该技术向处于稳定生长期的超富集植物种植区域施加土壤重金属活化剂，活化剂将结合于土壤固相的重金属污染因子萃取至土壤液相，以促进超富集植物对重金属元素的富集提取作用。常用的土壤重金属活化剂有基于胺基羧酸的EDTA、NTA、EDDA、EGTA、DTPA、PDTA、EDDS等和基于羧酸的草酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸等低分子水溶性螯合剂。上述胺基羧酸型和羧酸型活化剂在Lewis软硬酸碱理论中属于硬碱。然而，土壤中含有大量的钙、镁、铝、铁等硬酸离子，根据“硬碰硬，软亲软”的软硬酸碱理论，上述含羧酸的活化剂将首先脱附土壤中的钙、镁、铝、铁等硬酸离子，然后再脱附土壤中铜、铅、锌、镉、镍、汞等软酸离子；并且土壤中的钙、镁、铝、铁等硬酸离子浓度可能超过铜、铅、锌、镉、镍、汞等软酸离子几百倍甚至上几千倍。可见，虽然采用上述基于胺基羧酸型和羧酸型的土壤重金属活化剂可广谱活化土壤中大部分金属元素，但其对重金属污染因子的活化效率必然是低下的。此外，土壤重金属活化剂的降解特性也是重要考量因素，大量研究表明基于胺基羧酸的EDTA、NTA、EDDA、EGTA、DTPA、PDTA、EDDS等活化剂虽然活化效率较高，但难于降解；基于羧酸的草酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸等低分子水溶性螯合剂，虽然易于降解，但活化效率低下。可见，开发高活化效率、易于降解的土壤重金属活化剂，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：提供一种高活化效率、易于降解的土壤重金属活化剂；本专利技术目的之二在于：提供一种高活化效率、易于降解的土壤重金属活化剂的制备方法。本专利技术目的之三在于提供一种土壤重金属活化剂的应用。本专利技术针对以上目的，提出以下技术方案：一种土壤重金属活化剂，包括活性成分，所述活性成分的分子结构中至少含有一个偕胺肟基团和一个氨基，或至少含有一个偕胺肟基团和一个胺基。在一些较佳实施例中，所述土壤重金属活化剂的成分还可以包括：羟胺化合物、碳酸钠、分子结构中同时含氰基和氨基或含氰基和胺基的有机化合物、水。所述土壤重金属活化剂的制备方法为：将盐酸羟胺在碳酸钠和碱存在条件下，与一种或多种含氰基和氨基或含氰基和胺基的化合物，加热至60℃~85℃，恒温反应3~5小时，冷却至室温，将pH调整至6~8，即可得土壤重金属活化剂。在一些优选实施例中，所述含氰基和氨基或含氰基和胺基的化合物包括但不限于单氰胺、双氰胺；氨基乙腈、亚氨基二乙腈；3-氨基丙腈、双(2-氰乙基)胺、三(2-氰乙基)胺；四(2-氰乙基)乙二胺等乙二胺类含胺基或氨基化合物；乙二胺类含羟基且含胺基或氨基化合物；乙二胺类含卤素且含胺基或氨基化合物；四(2-氰乙基)丙二胺等丙二胺类含胺基或氨基化合物；丙二胺类含羟基且含胺基或氨基化合物；丙二胺类含卤素且含胺基或氨基化合物。上述含氰基和氨基或含氰基和胺基化合物与盐酸羟胺在碱性条件下反应生成该土壤重金属活化剂的活性成分的化学反应实质为羟胺与氰基的亲核加成反应，反应通式如下式表示：在一优选实施例中，所述含氰基和氨基或含氰基和胺基化合物为单氰氨，与盐酸羟胺反应生成主要活性成分的方程式如下：在一优选实施例中，所述含氰基和氨基或含氰基和胺基化合物为单胺基氰类化合物，与盐酸羟胺反应方程式如下：Ra、Rb、Rc分别可以是含1~3个碳原子的碳链的基团、卤素、羟基，或含卤素、羟基的1~3个碳原子的碳链基团，当Ra、Rb、Rc为卤素或羟基基团时，基团后面不连接氰基，但Ra、Rb、Rc不能同时都是卤素或羟基，至少需有一个基团连接氰基，确保氰基存在；d为1或2或3，视单胺基氰类化合物氰基数量而定。在一优选实施例中，所述含氰基和氨基或含氰基和胺基化合物为二胺基氰类化合物，与盐酸羟胺反应方程式如下：Rm可以是含1~3个碳原子的碳链的基团或含卤素、羟基的1~3个碳原子的碳链基团；Rg、Rh、Ri、Rj分别可以是含1~3个碳原子的碳链的基团、卤素、羟基，或含卤素、羟基的1~3个碳原子的碳链基团；当Rg、Rh、Ri、Rj为卤素或羟基基团时，基团后面不连接氰基，但Rg、Rh、Ri、Rj不能同时都是卤素或羟基，至少需有一个基团连接氰基，确保氰基存在；k为1或2或3或4，视二胺类氰基化合物氰基数量而定。在一优选实施例中，所述含氰基和氨基或含氰基和胺基化合物为多胺基氰类化合物，与盐酸羟胺反应方程式如下：Re、Rf分别可以是含1~3个碳原子的碳链的基团，或含卤素、羟基的1~3个碳原子的碳链基团；Rg、Rh、Ri、Rj分别可以是含1~3个碳原子的碳链基团、卤素、羟基，或含卤素、羟基的1~3个碳原子的碳链基团，但Rg、Rh、Ri、Rj不能同时都是卤素或羟基，至少需有一个基团连接氰基，确保氰基存在；k为1或2或3或4，视多胺类氰基化合物氰基数量而定。在一些较佳实施例中表明，所述土壤重金属活化剂的制备方法还可以为：1)将石灰氮粉末溶于盐酸羟胺溶液中，封闭搅拌一定时间；2)加热至60℃~85℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤重金属活化剂，其特征在于：包括活性成分，所述活性成分的分子结构中至少含有一个偕胺肟基团和一个氨基，或至少含有一个偕胺肟基团和一个胺基。

【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属活化剂，其特征在于：包括活性成分，所述活性成分的分子结构中至少含有一个偕胺肟基团和一个氨基，或至少含有一个偕胺肟基团和一个胺基。2.根据权利要求1所述一种土壤重金属活化剂，其特征在于：所述土壤重金属活化剂的成分还可以包括：羟胺化合物、碳酸钠、分子结构中同时含氰基和氨基或含氰基和胺基的有机化合物、水。3.根据权利要求1所述一种土壤重金属活化剂，其特征在于：所述土壤重金属活化剂的制备方法为：将盐酸羟胺在碳酸钠和碱存在条件下，与一种或多种含氰基和氨基或含氰基和胺基的化合物，加热至60℃~85℃，恒温反应3~5小时，冷却至室温，将pH调整至6~8，即可得土壤重金属活化剂。4.如权利要求2或3所述一种土壤重金属活化剂，其特征在于：所述含氰基和氨基或含氰基和胺基的化合物包括但不限于单氰胺、双氰胺；氨基乙腈、亚氨基二乙腈；3-氨基丙腈、双(2-氰乙基)胺、三(2-氰乙基)胺；四(2-氰乙基)乙二胺等乙二胺类含胺基或氨基化合物；乙二胺类含羟基且含胺基或氨基化合物；乙二胺类含卤素且含胺基或氨基化合物；四(2-氰乙基)丙二胺等丙二胺类含胺基或氨基化合物；丙二胺类含羟基且含胺基或氨基化合物；丙二胺类含卤素且含胺基或氨基化合物。5.如权利要求1所述的土壤重金属活化剂，其特征在于：所述土壤重金属活化剂的制备方法还可以为：1）将石灰氮粉末溶于盐酸羟胺溶液中，封闭搅拌一定时间；2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘胜强，
申请(专利权)人：深圳多元拓展环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44