一种重金属污染土壤复合钝化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种重金属污染土壤复合钝化剂，包括以下材料：沸石、活性炭、过磷酸钙，所述沸石、活性炭，所述沸石为一种阴离子型架状硅酸盐结构的多孔硅铝酸盐矿物，所述沸石较大的比表面积和高阳离子交换量，对重金属具有很强的吸附能力和离子交换作用。本发明专利技术中，原料经过高温焙烧后，可以减少水膜对污染物的吸阻能力，使原料对重金属的吸附能力更强，钝化剂的制备具有高效、实用、安全、经济可行的效果，为重金属污染耕地土壤治理提供经济高效、环境友好的实用技术体系，原料价格远低于一些纳米材料、高分子材料，降低作业成本，通过气泵，可以将自然风泵入箱体内，加速原料制备时冷却的速度，提高生产的效率。提高生产的效率。提高生产的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种重金属污染土壤复合钝化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种重金属污染土壤复合钝化剂及其制备方法，属于复合钝化剂制备


技术介绍

[0002]土壤中镉(Cd)是一种人体非必需的有毒有害的金属元素之一，是全球公认的五大公害元素之一，人体过量摄入Cd，会造成肾脏、肝脏、骨骼等器官和组织的损害目前，针对Cd污染土壤的修复，需要通过复合钝化剂，降低其活性和直接减少土壤中的Cd含量。
[0003]现有的重金属污染土壤复合钝化剂，在其制备的过程中，通常通过500摄氏度的高温焙烧，高温会破坏原料的基本架构，失去离子交换能力，且原料焙烧后自然冷却，效率慢，并且焙烧过程中产生的烟气污染环境并不具备回收再用的功能。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有的重金属污染土壤复合钝化剂，通常通过500摄氏度的高温焙烧，高温会破坏原料的基本架构，失去离子交换能力，且原料焙烧后自然冷却，效率慢，并且焙烧过程中产生的烟气污染环境并不具备回收再用的功能的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种重金属污染土壤复合钝化剂，包括以下材料：沸石、活性炭、过磷酸钙，所述沸石、活性炭、过磷酸钙的配比为1:1:1。
[0006]所述沸石为一种阴离子型架状硅酸盐结构的多孔硅铝酸盐矿物，所述沸石较大的比表面积和高阳离子交换量，对重金属具有很强的吸附能力和离子交换作用；
[0007]所述活性炭具有较大的孔隙度、丰富的活性官能团和高阳离子交换量的特点，所述活性炭重金属也具有非常强的吸附能力和络合作用；
[0008]所述过磷酸钙是一种常用的碱性类化合物，所述过磷酸钙能增加土壤肥力，并能增加土壤pH，使重金属在碱性条件下生成稳定的磷酸盐沉淀物。
[0009]进一步而言，所述钝化剂为保证其可行性，在制成前进行实验及模拟，具体包括钝化剂合成实验、钝化剂筛选实验、土壤污染修复实验、土壤修复后的Cd的稳定性模拟实验及吸附机理研究实验。
[0010]进一步而言，所述钝化剂初步合成实验：
[0011]S1、将原材料(沸石、活性炭和过磷酸钙)碾磨成100目备用；
[0012]S2、原材料理化性质分析：利用XRD、SEM-EDS或FT-IR等技术分析原材料的物质结构；利用pH计、元素分析仪、XRF、ICP-MS测定其酸碱度、有机碳、主量和微量元素含量；
[0013]S3、沸石高温改性：研究表明沸石经过高温焙烧后，其表面水、结合水等会挥发，可以减少水膜对污染物的吸阻能力，使沸石对重金属的吸附能力更强，但当超过500℃后，高温会破坏沸石的基本架构，失去离子交换能力，因此本研究将选取400℃作为高温改性条件，将沸石放入马弗炉中焙烧3h，冷却，然后用1M的NaCl溶液震荡1h后，用纯水重新至中性，
然后放入烘箱(50℃)烘干，密封装袋备用；
[0014]S4、改性沸石+活性炭组合：配置不同质量比(0:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1)的改性沸石和活性炭复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；
[0015]改性沸石+过磷酸钙组合：配置不同质量比(0:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1)的改性沸石和过磷酸钙复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；
[0016]活性炭+过磷酸钙组合：配置不同质量比(0:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1)的活性炭和过磷酸钙复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；
[0017]改性沸石+活性炭+过磷酸钙组合：配置不同质量比(1:1:1、2:1:1、3:1:1、1:2:1、1:3:1、1:1:2、1:1:3)的活性炭和过磷酸钙复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；
[0018]所述钝化剂筛选实验：
[0019](1)、Cd标准溶液配制：为缩短实验周期，我们采用实验室配置的Cd标准溶液作为吸附实验对象，同时，为尽可能还原稻田土环境，我们采用稻田的水进行标准Cd溶液配制，考虑到受到Cd污染的稻田土水溶态Cd一般不超过20ppb，因此本实验的Cd标准溶液浓度控制在20ppb左右；
[0020](2)、吸附实验：将以上复合钝化剂投入Cd溶液中(固液比1g∶50mL)，并各设置3个平行组样以消除不确定性(实验组数一共66组)。将样品放入恒温(25℃)振荡器中振荡，期间进行多次取样，取样时间点分别为：1min、3min、5min、10min、30min、1h、2h、5h，利用ICP-MS测定样品(共528个样品)中Cd的浓度；
[0021](3)、数据处理：根据实验结果绘制不同材料的吸附曲线。最后，根据吸附曲线各选出一种吸附效果最佳的配比的复合钝化剂组合作为后续土壤钝化材料；
[0022]所述土壤污染修复实验
[0023]①
、土壤理化参数分析：对受污染的土壤进行理化参数和结构分析，包括pH、Eh、TOC、矿物组成、Cd总浓度、不同形态Cd浓度(水溶态可交换态、DTPA提取态、BCR提取态：可交换态、碳酸盐结合态、Fe/Mn氧化物结合态、有机质结合态和残余态)；
[0024]②
、土壤钝化实验：分别加入三种原材料(对照组)和以上4种复合钝化剂(实验组)按0％、1％、3％和5％的材料质量占比投入到待修复的稻田土中，并且均设置三个平行组以消除不确定性。培养时间为5个月，并定期搅拌混匀并加水保持土壤处于淹没状态(实验样品数共84个)，在此期间，进行阶段性取样(15d、30d、50d、70d、100d、150d)，取出的样品(共504个样品)进行DTPA形态提取态实验，并采用ICP-MS进行测定样品中Cd浓度；
[0025]③
、数据处理：根据不同材料对Cd钝化的动态过程，绘制出动态吸附曲线图。根据动态吸附图得出每种复合钝化剂的最优化比(材料质量/土壤质量)、修复能力值(修复后Cd有效态浓度/修复前Cd有效态浓度值)、和每种复合钝化剂对该类型的稻田土Cd的修复效率值(平衡时需要的时间(t)/最优化比的材料质量)；
[0026]所述土壤修复后的Cd的稳定性模拟实验：对吸附性能比较好的复合钝化剂开展吸附稳定性模拟实验研究，实验过程大致为：将钝化后的土壤样品放入淋滤柱中。每15天为一个周期，在此期间，前7天和后七天分别持续用干燥和湿润的空气注入淋滤柱中、之后第15天缓慢匀速加入200ml淋滤液(模拟江西雨水化学性质)，并保证淋滤时间大约在2h左右，重复5个周期，利用ICP-MS测定采集的淋滤液样品，最后根据实验结果评价Cd钝化后的稳定性并评估维持年限；
[0027]所述吸附机理研究实验；
[0028]㈠、BCR实验：对修复后土壤进行Cd的赋存形态连续提取实验，与未修复的土壤的实验结果相比，探讨Cd赋存形态的变化。
[0029]㈡、原位微区分析：利用XRD、FTIR、SEM-DS等分析技术，分析Cd与吸附材料的结合方式和点位。
[0030]进一步而言，一种重金属污染土壤复合钝化剂制备装置，包括马沸炉本体，所述马本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重金属污染土壤复合钝化剂，其特征在于：包括以下材料：沸石、活性炭、过磷酸钙，所述沸石、活性炭、过磷酸钙的配比为1:1:1。所述沸石为一种阴离子型架状硅酸盐结构的多孔硅铝酸盐矿物，所述沸石较大的比表面积和高阳离子交换量，对重金属具有很强的吸附能力和离子交换作用；所述活性炭具有较大的孔隙度、丰富的活性官能团和高阳离子交换量的特点，所述活性炭重金属也具有非常强的吸附能力和络合作用；所述过磷酸钙是一种常用的碱性类化合物，所述过磷酸钙能增加土壤肥力，并能增加土壤pH，使重金属在碱性条件下生成稳定的磷酸盐沉淀物。2.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤复合钝化剂，其特征在于：所述钝化剂为保证其可行性，在制成前进行实验及模拟，具体包括钝化剂合成实验、钝化剂筛选实验、土壤污染修复实验、土壤修复后的Cd的稳定性模拟实验及吸附机理研究实验。3.根据权利要求2所述的一种重金属污染土壤复合钝化剂，其特征在于：所述钝化剂初步合成实验：S1、将原材料(沸石、活性炭和过磷酸钙)碾磨成100目备用；S2、原材料理化性质分析：利用XRD、SEM-EDS或FT-IR等技术分析原材料的物质结构；利用pH计、元素分析仪、XRF、ICP-MS测定其酸碱度、有机碳、主量和微量元素含量；S3、沸石高温改性：研究表明沸石经过高温焙烧后，其表面水、结合水等会挥发，可以减少水膜对污染物的吸阻能力，使沸石对重金属的吸附能力更强，但当超过500℃后，高温会破坏沸石的基本架构，失去离子交换能力，因此本研究将选取400℃作为高温改性条件，将沸石放入马弗炉中焙烧3h，冷却，然后用1M的NaCl溶液震荡1h后，用纯水重新至中性，然后放入烘箱(50℃)烘干，密封装袋备用；S4、改性沸石+活性炭组合：配置不同质量比(0:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1)的改性沸石和活性炭复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；改性沸石+过磷酸钙组合：配置不同质量比(0:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1)的改性沸石和过磷酸钙复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；活性炭+过磷酸钙组合：配置不同质量比(0:1、0.5:1、1:1、1.5:1、2:1)的活性炭和过磷酸钙复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；改性沸石+活性炭+过磷酸钙组合：配置不同质量比(1:1:1、2:1:1、3:1:1、1:2:1、1:3:1、1:1:2、1:1:3)的活性炭和过磷酸钙复合钝化剂，充分搅拌后密封装袋备用；所述钝化剂筛选实验：(1)、Cd标准溶液配制：为缩短实验周期，我们采用实验室配置的Cd标准溶液作为吸附实验对象，同时，为尽可能还原稻田土环境，我们采用稻田的水进行标准Cd溶液配制，考虑到受到Cd污染的稻田土水溶态Cd一般不超过20ppb，因此本实验的Cd标准溶液浓度控制在20ppb左右；(2)、吸附实验：将以上复合钝化剂投入Cd溶液中(固液比1g∶50mL)，并各设置3个平行组样以消除不确定性(实验组数一共66组)。将样品放入恒温(25℃)振荡器中振荡，期间进行多次取样，取样时间点分别为：1min、3min、5min、10min、30min、1h、2h、5h，利用ICP-MS测定样品(共528个样品)中Cd的浓度；(3)、数据处理：根据实验结果绘制不同材料的吸附曲线。最后，根据吸附曲线各选出一
种吸附效果最佳的配比的复合钝化剂组合作为后续土壤钝化材料；所述土壤污染修复实验
①
、土壤理化参数分析：对受污染的土壤进行理化参数和结构分析，包括pH、Eh、TOC、矿物组成、Cd总浓度、不同形态Cd浓度(水溶态可交换态、DTPA提取态、BCR提取态：可交换态、碳酸盐结合态、Fe/Mn氧化物结合态、有机质结合态和残余态)；
②
、土壤钝化实验：分别加入三种原材料(对照组)和以上4种复合钝化剂(实验组)按0％、1％、3％和5％的材料质量占比投入到待修复的稻田土中，并且均设置三个平行组以消除不确定性。培养时间为5个月，并定期搅拌混匀并加水保持土壤处于淹没状态(实验样品数共84个)，在此期间，进行阶段性取样(15d、30d、50d、70d、100d、150d)，取出的样品(共504个样品)进行DTPA形态提取态实验，并采用ICP-MS进行测定样品中Cd浓度；
③
、数据处理：根据不同材料对Cd钝化的动态过程，绘制出动态吸附曲线图。根据动态吸附图得出每种复合钝化剂的最优化比(材料质量/土壤质量)、修复能力值(修复后Cd有效态浓度/修复前Cd有效态浓度值)、和每种复合钝化剂对该类型的稻田土Cd的修复效率值(平衡时需要的时间(t)/最优化比的材料质量)；所述土壤修复后的Cd的稳定性模拟实验：对吸附性能比较好的复合钝化剂开展吸附稳定性模拟实验研究，实验过程大致为：将钝化后的土壤样品放入淋滤柱中。每15天为一个周期，在此期间，前7天和后七天分别持续用干燥和湿润的空气注入淋滤柱中、之后第15天缓慢匀速加入200ml淋滤液(模拟江西雨水化学性质)，并保证淋滤时间大约在2h左右，重复5个周期，利用ICP-MS测定采集的淋滤液样品，最后根据实验结果评价Cd钝化后的稳定性并评估维持年限；所述吸附机理研究实验；㈠、BCR实验：对修复后土壤进行Cd的赋存形态连续提取实验，与未...

【专利技术属性】
技术研发人员：李笑路，戴余优，郭先明，张言午，张海慧，沈威，梁洪瑞，
申请(专利权)人：江西省地质工程集团公司，
类型：发明
国别省市：