一种修复重金属铬污染的稳定化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种修复重金属铬污染的稳定化剂及其制备方法与应用，所述稳定化剂的结构为内部包含还原内芯和外部包覆可降解生物外膜，所述还原内芯包含多硫化钙、还原铁粉和麦麸，所述可降解生物外膜包含改性聚乙烯醇；该稳定化剂的制备方法包括制备内芯和可降解生物外膜覆盖成膜。该稳定化颗粒对铬污染土壤的稳定化效果较好，稳定化率高达99％以上；该稳定化剂覆盖的外膜具有良好的可生物降解性，能够实现药剂的分段和缓释释放，较大程度上增加了药物的长效稳定性，该稳定化剂制备规模化以后能够被广泛应用于土壤重金属污染修复和污染场地地下水修复工程中，具有一定的推广价值。

A stabilizer for repairing heavy metal chromium pollution and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种修复重金属铬污染的稳定化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及重金属污染治理
，具体涉及一种修复重金属铬污染的稳定化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
铬作为环境中的一种主要重金属污染物，主要以三价和六价形态存在，三价铬和六价铬可以互相转化。铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍，并且易被人体吸收和在体内蓄积，可通过消化道、呼吸道及粘膜等途径侵入人体。天然水不含铬，海水中铬的平均浓度为0.05μg/L，饮用水中更低。铬渣是铬盐及铁合金等生产行业在生产过程中排放的有毒废渣，外观有黄、黑等颜色，大多成粉末状。铬渣的危害性主要来自六价铬，其在国际上被列为对人体危害最大的8种化学物质之一，是国际公认的3种致癌金属化合物之一。如果铬渣不经过处理，而长期露天堆放，那么经过酸雨的淋溶后，铬渣中的水溶性和酸溶性铬就会随着酸雨而流出来，进入地表水或渗入地下水，容易对周围水体、土壤及地下水造成污染。因此，经常需要对铬渣及铬污染土壤进行修复处理。固化/稳定化技术是一项修复重金属污染的常用技术，即通过添加化学药剂或天然矿物，使其与土壤或废弃物中的重金属离子发生反应，使其中易溶出、易迁移的重金属离子转化为不易溶解、迁移能力低或毒性更低的形式，以此降低污染物对环境和生态系统的危害。目前，在众多的重金属污染修复技术中，固化/稳定化修复技术具有费用低、修复时间段、可处理多种符合重金属污染和易操作等优点，是一种较成熟且经济有效的重金属污染土壤的修复治理技术。固化/稳定化修复技术的关键点在于使用的稳定化剂，传统的稳定化剂通常稳定化效率低且稳定化周期较短，因此，开发一种高效且稳定化周期长的稳定化剂具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种修复重金属铬污染的稳定化剂，能够对环境中铬污染进行高效和长效的修复。本专利技术还提出上述修复重金属铬污染的稳定化剂的制备方法。本专利技术还提出上述修复重金属铬污染的稳定化剂的应用。根据本专利技术的第一方面实施例的修复重金属铬污染的稳定化剂，所述稳定化剂的结构包括还原内芯和包覆在还原内芯外部的可降解生物外膜；所述还原内芯中含有多硫化钙、还原铁粉和麦麸；所述可降解生物外膜的主要成分包含改性聚乙烯醇。根据本专利技术的第一方面实施例的修复重金属铬污染的稳定化剂，至少具有如下有益效果：该稳定化剂的还原内芯成分为多硫化钙、麦麸和还原铁粉的混合物，其中，多硫化钙、麦麸和还原铁粉作为还原剂能够有效将铬污染环境中的六价铬还原为三价铬，采用的成分无重金属污染风险，不会对环境造成二次污染；该稳定化剂表面覆有生物可降解性较强的改性聚乙烯醇膜，可以实现药剂的长效性缓释释放，最终实现污染场地和地下水的长效性修复。根据本专利技术的一些实施例，所述还原内芯中多硫化钙、还原铁粉和麦麸的质量比为(2～6):(1～3):(1～3)。优选地，所述还原内芯中多硫化钙、还原铁粉和麦麸的质量比为(3～5):(1～2):(1～2)。进一步优选地，所述还原内芯中多硫化钙、还原铁粉和麦麸的质量比为3：1：1。更为优选地，还原内芯中采用3％多硫化钙+1％还原铁粉+1％麦麸(与土壤总质量的占比)的还原剂成分。从本专利技术的一些实施例可以证明，该还原剂组分制备得到的稳定化剂可将污染土壤空白浸出六价铬浓度为28.2mg/L的污染土壤降低至检出限以下(0.001mg/L)，药剂的稳定化效率高达99.9％。根据本专利技术的一些实施例，所述改性聚乙烯醇是由聚乙烯醇、二氧化硅和壳聚糖为原料制备得到。根据本专利技术的一些实施例，所述聚乙烯醇：壳聚糖：二氧化硅的质量比为(5～7)：(1.5～2.5)：(4～6)。优选地，所述聚乙烯醇：壳聚糖：二氧化硅的质量比为6：2：5。根据本专利技术的一些实施例，所述可降解生物外膜的厚度为0.05～0.2mm。根据本专利技术的一些实施例，所述可降解生物外膜是通过控制制备过程中膜液中聚乙烯醇、二氧化硅、壳聚糖的浓度和粘度来实现覆盖在还原芯材外部可降解生物外膜的薄厚。其中，低浓度膜液制备的外膜厚度为0.05～0.1mm，中浓度膜液制备的外膜厚度为0.1～0.15mm，高浓度膜液制备的外膜厚度为0.15～0.2mm。厚度越厚，释放的速率越慢，作用周期越长，但是外膜厚度过大可能导致内部药剂无法得到释放。根据本专利技术的一些实施例，上述三种浓度下制备的外膜厚度不同稳定化剂，高浓度膜液覆膜后释放速度慢，释放周期长；中浓度膜液覆膜后释放速度中等、释放周期中等，低浓度膜液覆膜后释放速度快，释放周期短。根据本专利技术的第二方面实施例的制备方法，包括以下步骤：S1、制备还原内芯：将所述多硫化钙、还原铁粉和麦麸与粘结剂混合后进行造粒，得到还原内芯；S2、可降解生物外膜覆盖：配制膜液，将制备的还原内芯放置在膜液中保存10min～60min后取出，在室温下冷却成膜，得到所述稳定化剂。根据本专利技术的第二方面实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：该稳定化剂制备方法流程简便、实用性较强、制备材料来源广泛且价格便宜，材料制备规模化以后能够被广泛应用于土壤重金属污染修复和污染场地地下水修复工程中，尤其对于重金属铬污染的还原稳定化效果最佳。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中的粘结剂包含主料、糊化剂、氧化剂、催化剂、交联剂、增塑剂和助溶剂。其中，粘结剂主料为预胶化淀粉、糊化剂成分为氢氧化钠、氧化剂成分为双氧水、催化剂为硫酸亚铁、交联剂成分为硼砂、增塑剂成分为甘油、助溶剂为去离子水。优选地，粘结剂主料选用工业纯度预胶化淀粉，纯度大于99％；糊化剂成分为氢氧化钠(化学式：NaOH；工业纯)；氧化剂成分为浓度为2％～8％的双氧水(化学式：H2O2；工业纯)；催化剂成分为七水硫酸亚铁(化学式：FeSO4·7H2O；工业纯)；交联剂成分硼砂(化学式：Na2B4O7·10H2O)；增塑剂成分为甘油(化学式：HOCH2CH(OH)CH2OH)。根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂的添加量为还原剂(多硫化钙、还原铁粉和麦麸)总质量的2.65％～4.4％。优选地，粘结剂中各种成分的添加比例为，主料(还原剂质量的2％～3％)、糊化剂(还原剂质量的0.2％～0.3％)、氧化剂(还原剂质量的0.2％～0.3％)、催化剂(还原剂质量的0.05％～0.1％)、交联剂(还原剂质量的0.1％～0.5％)、增塑剂(还原剂质量的0.1％～0.2％)。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S2中膜液的配置过程具体包括以下步骤：将聚乙烯醇加入水中加热混合溶液至85℃～95℃，恒温保持搅拌约1h～2h直至颗粒物完全溶解充分，然后将混合溶液的温度降至45℃～55℃左右并往混合溶液中加入壳聚糖和二氧化硅搅拌均匀得到膜液；所述膜液中聚乙烯醇浓度为6g/L～25g/L，壳聚糖浓度为2g/L～4g/L，二氧化硅浓度为5g/L～20g/L。优选地，所述膜液包括高、中、低三种不同浓度的膜液；高浓度膜液中聚乙烯醇浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种修复重金属铬污染的稳定化剂，其特征在于：所述稳定化剂的结构包括还原内芯和包覆在还原内芯外部的可降解生物外膜；/n所述还原内芯中含有多硫化钙、还原铁粉和麦麸；/n所述可降解生物外膜的主要成分包含改性聚乙烯醇。/n

【技术特征摘要】
1.一种修复重金属铬污染的稳定化剂，其特征在于：所述稳定化剂的结构包括还原内芯和包覆在还原内芯外部的可降解生物外膜；
所述还原内芯中含有多硫化钙、还原铁粉和麦麸；
所述可降解生物外膜的主要成分包含改性聚乙烯醇。


2.根据权利要求1所述的修复重金属铬污染的稳定化剂，其特征在于：所述还原内芯中多硫化钙、还原铁粉和麦麸的质量比为(2～6):(1～3):(1～3)。


3.根据权利要求1所述的修复重金属铬污染的稳定化剂，其特征在于：所述改性聚乙烯醇是由聚乙烯醇、二氧化硅和壳聚糖为原料制备得到。


4.根据权利要求3所述的修复重金属铬污染的稳定化剂，其特征在于：所述聚乙烯醇：壳聚糖：二氧化硅的质量比为(5～7)：(1.5～2.5)：(4～6)。


5.根据权利要求3所述的修复重金属铬污染的稳定化剂，其特征在于：所述可降解生物外膜的厚度为0.05～0.2mm。


6.权利要求1至5任一项所述的修复重金属铬污染的稳定化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、制备还原内芯：将所述多硫化钙、还原铁粉和麦麸与粘结剂混合后进行造粒，得到还原内芯；
S2、可降解生物外膜覆盖成膜：配制膜液，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：江湛如，黄放，魏勇红，喻海彬，袁本琦，
申请(专利权)人：湖南金旅环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43