土壤金属钝化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了土壤金属钝化剂及其制备方法，涉及土壤金属钝化剂技术领域。本发明专利技术提供的土壤金属钝化剂为包膜缓释型土壤金属钝化剂，包括芯材和包覆在芯材表面的包膜材料，其中，芯材以黏土矿物、含磷材料、含铁材料等为主要原料，包膜材料为聚丙烯酰胺类膜材，通过上述芯材和包膜材料之间的配合，使得芯材中的有效成分具有长效缓释性能，进而使得该土壤金属钝化剂对土壤的修复效率高，修复时效长，针对铁锰氧化物结合态和有机结合态等形态的重金属，可持续调节其活性，降低其生物有效性，另外，该土壤金属钝化剂含有多种营养元素，可为作物提供养分。本发明专利技术还提供了土壤金属钝化剂的制备方法，该制备方法工艺简单，操作方便，适合于工业化生产。

Soil metal passivator and its preparation method

The invention provides a soil metal passivator and a preparation method thereof, and relates to the technical field of soil metal passivator. The soil metal passivator provided by the invention is a coating slow-release soil metal passivator, including core material and coating material on the surface of core material. The core material is mainly clay mineral, phosphorus-containing material, iron-containing material and other raw materials, and the coating material is polyacrylamide film material. Through the coordination between the core material and the coating material, the effective component in the core material has a long length. In addition, the soil metal passivator contains a variety of nutrients, which can provide nutrients for crops. The invention also provides a preparation method of soil metal passivator. The preparation method has simple process and convenient operation, and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
土壤金属钝化剂及其制备方法
本专利技术涉及土壤金属钝化剂
，具体而言，涉及土壤金属钝化剂及其制备方法。
技术介绍
据统计，中国受重金属污染耕地面积约2.0×107hm2，占耕地总面积的20％左右，以中轻度污染为主，重金属污染而引起的粮食和食品安全问题屡见不鲜。土壤环境中的重金属的来源主要为采矿业的废水废渣排放，其他来源如污水灌溉和污泥滥用、农药和化肥的过度施用以及化石类燃料的不完全燃烧等。重金属在土壤中的形态影响其活性和生物有效性，并最终进入动物体和人体，危及到人类健康。农田土壤因考虑其用途和实际收支平衡关系，较少采用大规模工程投入进行重金属修复，多采用原位钝化剂、植物修复或农业生态修复技术等方式进行修复。钝化剂因其处理成本低廉、效果快速、操作简单和不影响农作物生产等优点而受到广泛关注，被认为是土壤重金属污染修复最有效的方法之一。钝化技术主要是依靠钝化剂来降低土壤中重金属的移动性和生物有效性，却无法将重金属从土壤中去除，而是将其以更稳定的形式存在于土壤中。土壤中的重金属与钝化剂之间发生吸附、络合及共沉淀等物理化学反应来调节和改变重金属在土壤中的存在形态，主要是降低重金属的生物有效性，进而降低重金属对植物和人体等生物受体的毒性，达到修复污染土壤的目的。一般地，重金属不同形态的生物有效性差异也较大，且相互之间关系密切，重金属形态与生物有效性之间的关系大小，一般表现为可交换态>碳酸盐结合态>铁锰氧化物结合态>有机结合态>残渣态。而重金属的生物有效性，主要是指植物能够吸收利用的那部分，相对于重金属的分级形态来说，可交换态、碳酸盐结合态的有效性最高，铁锰氧化物结合态次之，有机结合态有效性较低，而残渣态对植物而言几乎无效。虽然目前已经开展了很多相关钝化剂修复的研究，但仍有许多问题未得到解决。常规土壤重金属钝化剂在施入土壤后，进入土壤系统后与活化程度较高的重金属发生吸附、络合、沉淀等物理化学反应而被迅速固定，但是土壤重金属各个形态的活性和生物有效性不同，铁锰氧化物结合态和有机结合态等活化程度低的重金属在土壤系统中随温度、湿度、微生物等综合作用缓慢持续释放，导致重金属的活性和生物有效性在特定时期内持续存在，而钝化剂的有效性和时效性相对较低，常规土壤重金属钝化剂在中长期土壤重金属污染方面未能完全实现应有的效果。因此有针对性地选择一种效率高、稳定性长久的钝化剂是该技术实际应用中的关键。鉴于此，提出一种技术方案以解决上述问题中的至少一种。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种土壤金属钝化剂，该土壤金属钝化剂对污染土壤的修复效率高，修复时效长，且稳定性好。本专利技术的第二个目的在于提供一种土壤金属钝化剂的制备方法，该制备方法工艺简单、操作方便，适合于工业化生产。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供一种土壤金属钝化剂，所述土壤金属钝化剂为包膜缓释型土壤金属钝化剂，包括芯材和包覆在芯材表面的包膜材料；其中，所述芯材包括以下原料：黏土矿物、含磷材料、含铁材料、乳化剂和水；所述包膜材料为经包膜单体聚合而成的聚丙烯酰胺类膜材。进一步的，在上述技术方案基础之上，所述包膜单体为丙烯酰胺类化合物；所述土壤金属钝化剂主要由以下原料制成：芯材、混合溶剂、包膜单体和引发剂，所述芯材、混合溶剂、包膜单体和引发剂的质量比为1：(0.3-5.0)：(0.01-1.5)：(0.001-0.01)。进一步的，在上述技术方案基础之上，所述芯材中黏土矿物、含磷材料、含铁材料、乳化剂和水的质量比为(2-10)：(2-10)：(1-10)：1：(10-40)；和/或，所述混合溶剂包括以下原料：第一表面活性剂、第二表面活性剂和有机溶剂，第一表面活性剂、第二表面活性剂和有机溶剂的质量比为10：(0-30)：(100-300)；和/或，所述丙烯酰胺类化合物包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过硫酸铵或四甲基乙二胺中的任意一种。进一步的，在上述技术方案基础之上，所述黏土矿物包括高岭土、蒙脱石、膨润土、沸石、硅藻土或活性硅粉中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述含磷材料包括羟基磷灰石、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述含铁材料包括铁矿和/或铁盐，优选地，所述铁矿包括赤铁矿，所述铁盐包括氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁或氢氧化铁中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述乳化剂包括阴离子乳化剂、阳离子型乳化剂或非离子型乳化剂中的任意一种；和/或，所述芯材的制备方法包括以下步骤：将黏土矿物、含磷材料、含铁材料、乳化剂和水混合搅拌，得到芯材；优选地，混合温度为20-25℃，混合搅拌时间为20-90min。进一步的，在上述技术方案基础之上，所述有机溶剂包括环己烷、异辛烷、C12～C30的脂肪酸、脂肪酸甘油酯、松脂基植物油、油酸甲酯、环氧化植物油、植物精油和生物柴油中的任意一种；和/或，所述第一表面活性剂包括正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇、杂醇油或对壬基酚中的任意一种；和/或，所述第二表面活性剂为非离子型乳化剂，优选地，所述第二表面活性剂包括失水山梨醇脂肪酸酯、农乳600、农乳700、农乳1302、农乳1600或宁乳32中的任意一种；和/或，所述混合溶剂的制备方法包括以下步骤：将第一表面活性剂、第二表面活性剂和有机溶剂混合搅拌均匀，得到混合溶剂；优选地，混合温度为0～70℃，混合搅拌时间为20-90min。进一步的，在上述技术方案基础之上，所述土壤金属钝化剂的原料包括破乳剂，经芯材、混合溶剂、包膜单体和引发剂聚合得到的以悬浮乳液形式存在的土壤金属钝化剂与破乳剂的质量比为(2000-10000)：1；优选地，所述破乳剂包括丙酮、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基苯酚醚、聚氧乙烯聚氧丙烯或多乙烯多胺醚中的任意一种。本专利技术还提供了一种土壤金属钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将包膜单体与芯材混合，使其在保护气氛中进行聚合反应，得到土壤金属钝化剂。进一步的，在上述技术方案基础之上，所述土壤金属钝化剂的制备方法，包括以下步骤：将芯材、混合溶剂、包膜单体和引发剂混合，在保护气氛中进行聚合反应，得到以悬浮乳液形式存在的土壤金属钝化剂。进一步的，在上述技术方案基础之上，将芯材和混合溶剂混合搅拌，然后加入包膜单体和引发剂，使其在保护气氛中进行聚合反应；优选地，混合搅拌的转速为800-30000rpm，优选为3000-12000rpm；优选地，混合搅拌的时间为10-30min，优选为10-20min。进一步的，在上述技术方案基础之上，聚合反应温度为50-65℃，聚合反应时间为12-24h；优选地，所述保护气氛为氮气或氩气；优选地，聚合反应结束后，向以悬浮乳液形式存在的土壤金属钝化剂中加入破乳剂进行破乳沉淀，然后将沉淀物干燥，得到以微胶囊干粉形式存在的土壤金属钝化剂。与现有技术相比，本专利技术提供的土壤金属钝化剂及其制备方法具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的土壤金属钝化剂为包膜缓释型土壤金属钝化剂，包括芯材和包覆在芯材表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤金属钝化剂，其特征在于，所述土壤金属钝化剂为包膜缓释型土壤金属钝化剂，包括芯材和包覆在芯材表面的包膜材料；其中，所述芯材包括以下原料：黏土矿物、含磷材料、含铁材料、乳化剂和水；所述包膜材料为经包膜单体聚合而成的聚丙烯酰胺类膜材。

【技术特征摘要】
1.一种土壤金属钝化剂，其特征在于，所述土壤金属钝化剂为包膜缓释型土壤金属钝化剂，包括芯材和包覆在芯材表面的包膜材料；其中，所述芯材包括以下原料：黏土矿物、含磷材料、含铁材料、乳化剂和水；所述包膜材料为经包膜单体聚合而成的聚丙烯酰胺类膜材。2.根据权利要求1所述的土壤金属钝化剂，其特征在于，所述包膜单体为丙烯酰胺类化合物；所述土壤金属钝化剂主要由以下原料制成：芯材、混合溶剂、包膜单体和引发剂，所述芯材、混合溶剂、包膜单体和引发剂的质量比为1：(0.3-5.0)：(0.01-1.5)：(0.001-0.01)。3.根据权利要求2所述的土壤金属钝化剂，其特征在于，所述芯材中黏土矿物、含磷材料、含铁材料、乳化剂和水的质量比为(2-10)：(2-10)：(1-10)：1：(10-40)；和/或，所述混合溶剂包括以下原料：第一表面活性剂、第二表面活性剂和有机溶剂，第一表面活性剂、第二表面活性剂和有机溶剂的质量比为10：(0-30)：(100-300)；和/或，所述丙烯酰胺类化合物包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺或N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过硫酸铵或四甲基乙二胺中的任意一种。4.根据权利要求2所述的土壤金属钝化剂，其特征在于，所述黏土矿物包括高岭土、蒙脱石、膨润土、沸石、硅藻土或活性硅粉中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述含磷材料包括羟基磷灰石、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述含铁材料包括铁矿和/或铁盐，优选地，所述铁矿包括赤铁矿，所述铁盐包括氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁或氢氧化铁中的任意一种或者至少两种的组合；和/或，所述乳化剂包括阴离子乳化剂、阳离子型乳化剂或非离子型乳化剂中的任意一种；和/或，所述芯材的制备方法包括以下步骤：将黏土矿物、含磷材料、含铁材料、乳化剂和水混合搅拌，得到芯材；优选地，混合温度为20-25℃，混合搅拌时间为20-90min。5.根据权利要求3所述的土壤金属钝化剂，其特征在于，所述有机溶剂包括环己烷、异辛烷、C12～C30的脂肪酸、脂肪酸甘...

【专利技术属性】
技术研发人员：田图，郑立保，宫玉艳，漆静娴，张丽，刘永兵，王鹤立，王宏鹏，王嘉良，
申请(专利权)人：美丽国土北京生态环境工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11