一种用于南方稻田土壤重金属Cd的多功能钝化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于南方稻田土壤重金属Cd的多功能钝化剂及其制备方法。所述多功能钝化剂由改性赤泥、腐殖酸、粘合剂、成孔剂和防爆纤维制成；其组分的质量配比如下：改性赤泥40～80份；腐殖酸10～30份；粘合剂2～6份；成孔剂10～20份；防爆纤维0.1～0.5份。本发明专利技术利用赤泥具有巨大的比表面积和含有大量纳米和亚微米级孔隙的特点，生产出一种孔隙度高、比表面积大且具有一定强度的赤泥环境修复材料，实现了对土壤中重金属Cd的钝化，尤其是针对Cd污染南方稻田土壤，又提高了土壤中微生物活性，并对农用肥料有缓释作用。

A multifunctional passivating agent for heavy metal Cd in paddy soils of southern China and its preparation method

The invention discloses a multifunctional passivating agent for heavy metal Cd of paddy soil in southern China and a preparation method thereof. The multifunctional passivating agent is made of modified red mud, humic acid, adhesive, pore forming agent and explosion-proof fiber. The composition of its components is as follows: 40~80 parts of red mud, 10~30 humic acids, 2~6 adhesives, 10~20 pore forming agents and 0.1 to 0.5 parts of explosion-proof fibers. The present invention produces a kind of red mud environment repair material with high porosity, large specific surface area and a certain strength, which has a huge specific surface area and a large number of nano and submicron pores, and has realized the passivation of heavy metal Cd in the soil, especially for the needle against the Cd pollution in the southern rice field. Microbial activity in soil and slow release of agricultural fertilizers.

【技术实现步骤摘要】
一种用于南方稻田土壤重金属Cd的多功能钝化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种用于南方稻田土壤重金属Cd的多功能钝化剂及其制备方法，属于土壤修复

技术介绍
目前我国耕地土壤重金属的总超标率为19.4％，其中镉的点位超标率为7.0％，居我国土壤重金属污染物首位。大量研究调查也证实，稻米等农产品中存在镉的污染，在南方酸性红壤地区尤为突出。化学修复技术中重金属原位钝化技术，具有效果好和实施操作简单的优点，而且实现了“边生产边修复”，针对以中低度镉污染为主的水稻农田，重金属原位钝化技术是目前应用范围最广的修复技术。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，目前氧化铝年生产能力已达700多万吨，每年新产生的赤泥量达一千多万吨。我国拜耳法赤泥的特点是铁及氧化铝含量高，可用于生产环境修复材料。由于赤泥材料成型过程中纳米级和亚微米级孔隙结构活化技术的限制，无法最大限度的发挥赤泥的功效，在已有的农田重金属钝化剂专利对于赤泥的应用，多把赤泥作为辅助材料，且材料种类繁多，工艺复杂，增加了生产成本。因此，需要提供一种以赤泥为基料的重金属Cd的高效多功能钝化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以赤泥为基料的重金属Cd的高效多功能钝化剂，其中采用的赤泥为经高温煅烧改性后的改性赤泥，并与腐殖酸、粘合剂、成孔剂和防爆纤维复配，为一种钝化效果显著、功能多样的土壤重金属钝化剂。本专利技术所提供的用于南方稻田土壤重金属Cd的多功能钝化剂，由改性赤泥、腐殖酸、粘合剂、成孔剂和防爆纤维制成。所述多功能钝化剂的组分的质量配比如下：改性赤泥40～80份；腐殖酸10～30份；粘合剂2～6份；成孔剂10～20份；防爆纤维0.1～0.5份。具体地，所述多功能钝化剂的组分的质量配比如下：改性赤泥60份；腐殖酸20份；粘合剂4份；成孔剂16份；防爆纤维0.2份。所述的多功能钝化剂中，所述改性赤泥由赤泥经高温煅烧得到；在所述高温煅烧之前，将所述赤泥原料干燥至质量含水量低于30％，研磨过100目筛，得到干燥的赤泥粉；所述高温煅烧的温度可为300℃～600℃，时间可为2～3h，如在300℃下煅烧2h。所述煅烧采用动态煅烧的方式，包括如下步骤：利用直接加热产生的高温烟道气进入煅烧炉内，与所述赤泥动态混合，使其快速升温；在气流的带动下物料强烈扰动混合形成流化状态，在所述煅烧炉内粉体状的所述赤泥与热空气混合螺旋上升，每一个微粒在上升过程中迅速吸收热量，达到煅烧的目的。所述的多功能钝化剂中，所述赤泥优选为拜耳法生产氧化铝过程中产生的赤泥，其中氧化铝和氧化铁含量较高；该赤泥具有比表面积大、各种组份互相包裹、嵌布等特征；其物理性质如下：比重2.7～2.9g·cm-3，容重0.8～1.0g·cm-3，熔点1200～1250℃。赤泥中除含有较高的硅、钙、钾、磷等成分外，还含有数十种农作物必须的微量元素。重金属元素限值符合标准NY1110《水溶肥料砷、汞、镉、铅、铬的限量要求》。所述的多功能钝化剂中，所述腐殖酸原粉为黑色粉末，细度约为80目，CEC(阳离子交换容量)250～300meq·100g-1，pH为4.0～6.0，有机质(以干基计)≥80.0％，腐殖酸(干基)≥60.0％。所述的多功能钝化剂中，所述粘合剂可为水溶性硅酸钠，分子式为Na2O·mSiO2·nH2O(m在1～2之间均可，n可为任意数字)，其粘结力强、强度较高，耐酸性、耐热性好。所述的多功能钝化剂中，所述成孔剂可为碳酸氢铵和碳酸氢钠任一种；所述的多功能钝化剂中，所述防爆纤维可为由聚丙烯制成的束状单丝，由聚丙烯通过特殊工艺制造而成；具有如下理化性质：断裂延伸率为30％，比重为0.9g·cm-3，抗拉强度≥400MPa，抗酸碱，杨氏模量≥3.5Pa，熔点约为160℃，纤维直径为31μm，燃点约为580℃，含湿性＜0.1％，安全无毒材料。本专利技术进一步提供了所述多功能钝化剂的制备方法，包括如下步骤：将所述改性赤泥、所述腐殖酸与所述防爆纤维混合得混合物料，并控制质量含水率为50％～70％；所述混合物料经球磨后与所述粘合剂和所述成孔剂混合，然后经造粒得到复合颗粒；所述复合颗粒经焙烧成型即得所述多功能钝化剂。上述的制备方法中，在所述球磨之前，还包括将所述混合物料在100℃下烘干的步骤。上述的制备方法中，所述混合物料、所述成孔剂和所述粘合剂均为200目粉体。上述的制备方法中，所述焙烧成型的条件如下：在200～300℃的温度下恒温1～1.5h，升温至600℃的温度下恒温2～3h；所述焙烧成型在隔绝空气的真空环境中进行。本专利技术多功能钝化剂采用的改性赤泥，富含大量Na、Ca、Mg等成分，碱性较强，其可显著提高土壤pH，降低重金属Cd有效态含量。由于赤泥成分主要是铁铝氧化物，表面的氧化物官能团与Cd产生专性吸附，形成XCdOH，可以将重金属固定到氧化物的晶格层间，促使水溶态Cd和可交换态Cd向残渣态Cd转变，实现永久固定。对赤泥进行特定条件的煅烧活化，利用高温使赤泥微观结构中的各微粒产生剧烈的热运动，脱去结构中的结合水，钙、镁、铁等阳离子重新选择填隙位置，部分阳离子转变为可溶性的盐类而溶出，增大层间距，激活赤泥纳米级和亚微米级孔隙结构，增大其孔容积，有利于吸附质分子的扩散，增强赤泥的化学活性和物理吸附性，使其吸附性得到显著提升。本专利技术多功能钝化剂采用的腐殖酸，在高温下炭化，含有大量的官能团，可与土壤中重金属离子形成配位络合物从而降低重金属的危害作用。本专利技术多功能钝化剂采用的防爆纤维，其与其他材料混合均匀，成形后，进行烘烤，随着烘烤温度不断升高，并达到一定温度时这种纤维即开始软化、收缩、熔化，最后碳化并形成气孔，它们在施工颗粒体内分布形成微小网络气孔，它能打开水气通道，减轻内部应力，防止爆裂。本专利技术多功能钝化剂采用的成孔剂，经加热分解后能释放出二氧化碳和氨气等气体，并在聚合物结构中形成细孔，这些微米级孔穴可在土壤施入肥料时，暂时储存营养元素，实现肥料的缓释，并为土壤微生物提供附着环境，有利于形成菌胶团，提高土壤微生物活性。本专利技术多功能钝化剂采用的粘合剂，能增加聚合物强度，可使钝化剂在施入土壤后，保持原型，经长时间机械翻耕等农业活动，逐渐破碎，逐步释放出碱物质，持续中和土壤酸性，避免了碱物质的集中释放可能对土壤微环境的破坏。本专利技术多功能钝化剂在钝化污染稻田土壤中金属镉中的应用也属于本专利技术的保护范围。所述污染稻田土壤中总镉含量为0.3～3.0mg/kg，pH值为2～7。本专利技术利用赤泥具有巨大的比表面积和含有大量纳米和亚微米级孔隙的特点，生产出一种孔隙度高、比表面积大且具有一定强度的赤泥环境修复材料，实现了对土壤中重金属Cd的钝化，尤其是针对Cd污染南方稻田土壤，又提高了土壤中微生物活性，并对农用肥料有缓释作用。附图说明图1为本专利技术高效多功能钝化剂制备方法的流程图。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1：用于南方稻田重金属Cd的高效多功能钝化剂的制备由如下质量份的组分制成：改性赤泥60份；腐殖酸20份；粘合剂4份；成孔剂16份；防爆纤维0.2份。其中，改性赤泥通过如下方法改性得到：将干燥的赤泥原料研磨过100目筛，得到干燥的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于稻田土壤重金属Cd的多功能钝化剂，其特征在于：所述多功能钝化剂由改性赤泥、腐殖酸、粘合剂、成孔剂和防爆纤维制成。

【技术特征摘要】
1.一种用于稻田土壤重金属Cd的多功能钝化剂，其特征在于：所述多功能钝化剂由改性赤泥、腐殖酸、粘合剂、成孔剂和防爆纤维制成。2.根据权利要求1所述的多功能钝化剂，其特征在于：所述多功能钝化剂的组分的质量配比如下：改性赤泥40～80份；腐殖酸10～30份；粘合剂2～6份；成孔剂10～20份；防爆纤维0.1～0.5份。3.根据权利要求1或2所述的多功能钝化剂，其特征在于：所述改性赤泥由赤泥经高温煅烧得到；所述高温煅烧的温度为300℃～600℃，时间为2～3h。4.根据权利要求3所述的多功能钝化剂，其特征在于：所述煅烧采用动态煅烧的方式，包括如下步骤：利用直接加热产生的高温烟道气进入煅烧炉内，与所述赤泥动态混合，使其升温；在气流的带动下物料强烈扰动混合形成流化状态，在所述煅烧炉内粉体状的所述赤泥与热空气混合螺旋上升，达到煅烧的目的。5.根据权利要求3或4所述的多功能钝化剂，其特征在于：所述赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中产生的赤泥；所述赤泥的比重为2.7～2....

【专利技术属性】
技术研发人员：周贵宇，范天立，陈四海，刘彬，张罡，杨槟赫，罗志海，黄惠，王志刚，张隆隆，
申请(专利权)人：北京东方复地环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11