一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法技术

本发明专利技术公开了一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，属于土壤修复领域，解决了现有土壤修复方法中以改变土壤酸碱度来实现土壤重金属固定化效果的缺陷。本发明专利技术以层状双金属氢氧化物为模板，通过有机磷酸盐改性，制成一种新型的重金属钝化剂复合材料。吸附动力学结果表明，有机磷酸盐改性的层状双金属氢氧化物可以快速吸附镍离子达到吸附平衡。此外，浸出毒性结果表明，制备的钝化剂复合材料可以显著降低重金属在酸性条件下的淋洗效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法本专利技术属于土壤修复领域，更具体地说，涉及一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法。
技术介绍
随着我国经济的高速发展，耕地遭受有毒重金属污染，其中镍被中华人民共和国环境保护部列为8大重金属污染之一[中华人民共和国环境保护部.全国土壤污染状况调查公报]。重金属污染土壤的修复作为我国重大的环境问题之一，已受到社会广泛关注[王辉，许超等.不同钝化剂对污染土壤中多重金属的固定[J].湖南农业科学2018，11：38-41]。重金属在土壤中的迁移能力显著影响其生物有效性，而重金属在土壤中的迁移能力又与重金属的存在形态有紧密关系。研究发现，通过调节土壤理化性质，如pH、矿物含量以及有机质成分可以改变重金属在土壤中的迁移能力，从而改变重金属污染程度。土壤重金属固定化技术就是通过加入一些添加剂或者固化剂来改变土壤中重金属的形态，最终降低重金属的生物有效性来修复土壤重金属污染[张玉枝,巯基改性粘土矿物制备及固汞性能研究.2016,北京化工大学]。钝化技术是一种经济高效的面源污染治理技术，具有处理时间短、适用范围广、工艺操作简单、价格低廉、固化剂易得等优点[SharmaA，NagpalAK.Soilamendments：atooltoreduceheavymetaluptakeincropsforproductionofsafefood[J].ReviewsinEnvironmentalScienceandBio-Technology，2018，17：187-203]。目前常用的钝化剂主要包括水泥、石灰等无机粘结物质，沥青等有机粘结剂，尿素、酚醛塑料和环氧化物等热硬化有机聚合物，以及玻璃质物质[XuY，LiangXF，XuYM，etal.Remediationofheavymetalpollutedagriculturalsoilsusingclayminerals：areview[J].Pedosphere，2017，27(2)：193-204；王立群，罗磊，马义兵等.重金属污染土壤原位钝化修复研究进展[J].应用生态学报，2009，20(5)：1214-1222]。但常规固化技术也具有以下缺点，如石灰类钝化剂，它的工作原理是通过将土壤pH值调至碱性，从而形成生物可利用性较低的氢氧化物或碳酸盐结合态沉淀，但是在降雨或灌溉的情况下会降低土壤pH值，使得重金属释放出来，钝化效果不稳定[邵乐，郭晓方，史学峰等.石灰及其后效对玉米吸收重金属影响的田间实例研究[J].农业环境科学学报，2010，29(10)：1986-1991]。国外土壤钝化剂的研发相对较早，技术更全面多样。Garau等人发现氧化铝工业的副产物红泥可以很好的实现砷、镉、铜、铅和锌等重金属的固定化[Garau,G.Influenceofredmud,zeoliteandlimeonheavymetalimmobilization,culturableheterotrophicmicrobialpopulationsandenzymeactivitiesinacontaminatedsoil.Geoderma,2007.142(1-2):47-57]。Basta等人以磷酸盐、矿物岩石磷酸盐、焦磷酸可溶性盐、三过磷酸盐以及天然羟基磷灰石等含磷的物质作为固化剂，有效降低了土壤重金属的迁移[Basta,N.T.,McGowenS.L.Evaluationofchemicalimmobilizationtreatmentsforreducingheavymetaltransportinasmelter-contaminatedsoil.EnvironmentalPollution,2004.127(1):73-82]。Castaldi等人发现堆肥、氢氧化钙和沸石对不同重金属的固定效果具有选择性[Castaldi,P.,SantonaL.,MelisP.Heavymetalimmobilizationbychemicalamendmentsinapollutedsoilandinfluenceonwhitelupingrowth.Chemosphere,2005.60(3):365-71]。层状双金属氢氧化物，又名水滑石，由于同晶置换现象，层间存在带正电的层电荷，层电荷是永久电荷，为维持电荷平衡，必须吸附周围的阴离子[Wang,C.；GaoJ.；Gu,C.Rapiddestructionoftetrabromobisphenolabyiron(III)-tetraamidomacrocyclicligand/layereddoublehydroxidecomposite/H2O2system.EnvironmenalScienceandTechnology.2017,51,488-496]。通过有机改性，使得层间吸附有机阴离子，利用有机磷酸阴离子与重金属离子间的强螯合作用实现重金属离子的固定化。
技术实现思路
1.要解决的问题针对常规固化技术显著改变土壤理化性质以及长期稳定性较差等缺陷，采用有机改性的层状双金属氢氧化物吸附土壤重金属，利用重金属能够与有机磷酸根形成螯合配位键的特性，合成有机磷酸盐改性的层状双金属氢氧化物实现土壤重金属长期稳定钝化。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：1.一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，其特征在于：通过离子交换的方法，将有机磷酸盐负载到镁铝层状双金属氢氧化物的层间得到复合材料，然后将制备的复合材料应用于土壤重金属镍的修复，利用有机磷酸盐与重金属镍的强配位作用以及层状双金属氢氧化物对有机磷酸盐的静电吸附作用实现土壤重金属镍的固定化。2.一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，其步骤为：(a)将碳酸盐饱和的镁铝层状双金属氢氧化物高温煅烧；(b)将步骤(a)中高温煅烧后的镁铝层状双金属氢氧化物与有机磷酸盐混合；(c)向步骤(b)中高温煅烧后的镁铝层状双金属氢氧化物与有机磷酸盐混合物中加入去离子水，制得悬浊液；(d)将步骤(c)中的悬浊液磁力搅拌一段时间后，离心，倒出上清液；(e)将步骤(d)离心得到的沉淀物进行冻干；(f)将步骤(e)中冻干的样品研磨成粉末，过筛保存，得到复合材料；(g)将步骤(f)中得到的复合材料应用于重金属镍的吸附动力学实验和浸出毒性实验。优选地，一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，步骤(a)中碳酸盐饱和的层状双金属氢氧化物的煅烧稳定不低于400摄氏度。优选地，一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，步骤(b)中层状双金属氢氧化物的阴离子交换量AEC为3mmol/g，加入的有机磷酸盐为不低于0.1AEC。优选地，一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，步骤(d)中离心速率不高于10000rpm。优选地，一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，步骤(f)去上清的离心瓶用无尘纸盖住本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，其特征在于：通过离子交换的方法，将有机磷酸盐负载到镁铝层状双金属氢氧化物的层间得到复合材料，然后将制备的复合材料应用于土壤重金属镍的修复，利用有机磷酸盐与重金属镍的强配位作用以及层状双金属氢氧化物对有机磷酸盐的静电吸附作用实现土壤重金属镍的固定化。/n

【技术特征摘要】
1.一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，其特征在于：通过离子交换的方法，将有机磷酸盐负载到镁铝层状双金属氢氧化物的层间得到复合材料，然后将制备的复合材料应用于土壤重金属镍的修复，利用有机磷酸盐与重金属镍的强配位作用以及层状双金属氢氧化物对有机磷酸盐的静电吸附作用实现土壤重金属镍的固定化。


2.权利要求1中所述的一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，其步骤为：
(a)将碳酸盐饱和的镁铝层状双金属氢氧化物高温煅烧；
(b)将步骤(a)中高温煅烧后的镁铝层状双金属氢氧化物与有机磷酸盐混合；
(c)向步骤(b)中高温煅烧后的镁铝层状双金属氢氧化物与有机磷酸盐混合物中加入去离子水，制得悬浊液；
(d)将步骤(c)中的悬浊液磁力搅拌一段时间后，离心，倒出上清液；
(e)将步骤(d)离心得到的沉淀物进行冻干；
(f)将步骤(e)中冻干的样品研磨成粉末，过筛保存，得到复合材料；
(g)将步骤(f)中得到的复合材料应用于重金属镍的吸附动力学实验和浸出毒性实验。


3.根据权利要求2所述的一种钝化土壤重金属镍的复合材料及其制备和应用方法，其特征在于：步骤(a)中碳酸盐饱和的层状双金属氢氧化物的煅烧稳定不低于400摄氏度。

【专利技术属性】
技术研发人员：王国红，姜敬龙，王强，
申请(专利权)人：苏州市相润土壤修复技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32