一种农用地铅镉固化稳定剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于土壤污染治理技术领域，涉及一种农用地固化稳定剂及其制备方法。所述铅镉固化稳定剂为填充了无机填料的丙烯酸类吸水聚合物，其中无机填料在丙烯酸、丙烯酰胺和2

【技术实现步骤摘要】
一种农用地铅镉固化稳定剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于土壤污染治理
，涉及一种农用地固化稳定剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]根据2014年全国土壤污染状况调查公报结果显示，全国土壤总的超标率为16.1％，总体状况不容乐观。其中农用地污染超标点位数约占农用地采样点总数的19％，是我国当前土壤污染防治的重点领域。结果还显示，我国土壤污染中以镉、汞、砷、铅等重金属为主的土壤无机污染占比最高，约占全部超标点位的82.8％，因此土壤重金属污染将会成为我国土壤污染防治的重点关注对象。
[0003]世界各国对污染土壤修复技术进行了广泛研究，取得较大的进展和突破，开发了一系列污染土壤修复技术。治理措施主要有四种恢复技术。首先是工程措施，主要包括深耕、换土及客土等方法，以此降低周围土壤中的重金属含量，从而减少重金属污染物对周围农作物的毒害，使土壤中生产的农作物符合有关质量检测标准，进而降低对人类健康的威胁。第二，物理修复技术，包括土壤淋湿、电解吸收、热解吸等。第三，化学修复技术，包括络合浸出、固化/稳定、离子拮抗等。第四，主要是植物、微生物和联合修复等生物修复技术。
[0004]众多修复方法中，固化/稳定法技术成熟，固化/稳定化技术分为固定化和稳定化两个过程。固定化不发生化学反应，通过向土壤中添加具有持久性的基质将土壤中的重金属包裹固定起来，使其与外界环境隔离，减少重金属离子的流动性，限制其在土壤中的迁移，是一种物理过程。稳定化主要是通过添加稳定剂与土壤中重金属发生化学反应，如吸附反应、沉淀反应或离子交换等，将重金属污染物转化成化学性质不活泼的形态，阻止其迁移和浸出从而降低其生物有效性。通常情况下，在实际污染场地修复中常常将两种技术联合使用以达到更好的处理效果。固化/稳定化技术具有处理时间短、成本低、操作性强、能同时处理多种污染物等优势。能够处理的污染物范围较广，且修复后长期稳定性好。据统计，国内20个统计样本中有15个场地应用该项技术，占比高达75％。2017年修复技术应用次数较多的为固化/稳定化(32次)、占修复工程案例的51.6％。国外对于重金属污染土壤的固化/稳定化技术研究较早，早在1982～2011年间，美国对超级基金项目的1266个污染场地进行了修复，其中有280个场地使用了固化/稳定化技术，占比22％。
[0005]重金属污染在我国广泛存在，重金属污染土壤尤难治理，具有药剂需复配、药剂添加量多、增容比大、修复成本高、达标难度大等特点。同时，由于我国重金属污染土壤固化/稳定化修复药剂品种单一，可供修复使用的药剂类型少，约束了重金属污染土壤修复技术发展。

技术实现思路

[0006]针对单一药剂的技术缺陷，本专利技术的目的为设计一种具有网状结构的超强吸水剂作为固化剂支撑体，利用聚合物的强吸水性，在吸水过程中形成对金属离子的迁移作用，把金属离子聚集固定在聚合物网状框架中。并优选皂土、粉煤灰、金属氧化物、过磷酸盐等吸
附剂作为稳定剂，调整聚合工艺把固定剂和稳定剂复合在一起，制备出双功能的新型固化稳定剂，更好发挥二者的协同作用，对铅镉污染土壤的修复取得较好效果，同时改良土壤的理化性能。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下所述：
[0008]本专利技术提供一种农用地铅镉固化稳定剂，所述铅镉固化稳定剂为使用无机填料改性的丙烯酸
‑
丙烯酰胺共聚物，其中无机填料在丙烯酸和丙烯酰胺聚合反应开始之前加入到反应体系中。其中，所述无机填料为皂土、粉煤灰、金属氧化物、过磷酸盐的混合物。
[0009]本专利技术还提供上述农用地铅镉固化稳定剂的制备方法，所述制备方法具体包括下述步骤：
[0010]S1.向丙烯酸单体水溶液中加碱，至中和度为70
‑
80％，并冷却；
[0011]S2.将丙烯酰胺单体、2
‑
丙烯酰氨基
‑2‑
甲基丙磺酸单体、交联剂和助剂，加入到S1的水溶液中，且所有单体在水溶液的总质量浓度为40
‑
45％；
[0012]S3.向上述溶液中通入高纯氮气驱除溶解氧，加入无机填料，混合均匀；
[0013]S4.向溶液中加入引发剂，保温反应，得到交联高分子聚合物复合产品，并将其破碎后烘干。
[0014]上述步骤S2中，所述交联剂为N
·
N
‑
亚甲基双丙烯酰胺，所述助剂包括助剂一和助剂二，助剂一为尿素，助剂二为二乙胺二乙酸二钠盐。其中，交联剂的质量为单体总质量的0.10
‑
0.20％，助剂一的质量为单体总质量的1.0
‑
2.0％，助剂二的质量为单体总质量的0.05
‑
0.10％。
[0015]上述步骤S3中，所述填料为皂土、粉煤灰、金属氧化物、过磷酸盐的一种或几种混合物。优选的，所述金属氧化物为氧化镁，所述过磷酸盐为过磷酸钙。上述步骤S4中，所述引发剂为过硫酸铵、甲醛次亚硫酸钠和V
‑
50的混合物，烘干温度为80
‑
95℃。
[0016]上述制备方法中，丙烯酸单体、丙烯酰胺单体和2
‑
丙烯酰氨基
‑2‑
甲基丙磺酸单体的质量比为12:3:1，单体与填料的质量比为3:1～4:1，各引发剂的质量为单体总质量的0.25
‑
0.50％。
[0017]在上述铅镉固化稳定剂中，丙烯酸
‑
丙烯酰胺类共聚物是一种强吸水性聚合物，具有亲水的三维网络结构，其中的酰胺基具有强亲水性，而丙烯酸和丙烯酰胺等之间呈现分子链交联的网络结构。丙烯酸
‑
丙烯酰胺类共聚物的吸水倍数一般可达到自身重量的200
‑
400倍，其吸收的水分可供植物缓慢利用，可改善土壤本身的空隙分布状况促使土壤生成了多孔、疏松的团粒结构，从而提升了土壤的透气性以及透水性，在此过程中，极大地改善土壤的最大持水量、容量、水分蒸发速率以及土壤的温差，从而改良土壤的理化性能。同时，聚合物对重金属离子有较强的吸附能力，聚合物在重复吸水过程中通过迁移把重金属离子重复吸收聚集到聚合物框架结构中加以固定，实现重金属离子的固化。在制备铅镉固化稳定剂时，在丙烯酸和丙烯酰胺发生聚合反应前，将填料添加到反应体系中，并使其均匀分散后加热引发聚合反应，这样得到的铅镉固化稳定剂的三维网络结构中就均匀分散填料的微粒。这些微粒镶嵌在三维高分子结构中，不会发生迁移或团聚。当聚合物通过迁移将重金属离子吸收聚集到聚合物框架结构中后，这些填料的微粒发挥其具有的吸附、沉淀、交换和络合等作用，增大重金属离子的吸附量和稳定性，实现重金属离子的稳定。
[0018]传统土壤的固化剂或稳定剂是简单地将吸水聚合物与不同的无机填料机械破碎
后物理混合，得到的土壤固化剂或稳定剂虽然能够同时发挥吸水聚合物的吸水迁移重金属离子的效果和无机填料吸附络合重金属离子的效果，但吸水聚合物与无机填料之间只是物理混合，混合到土壤中后，会分散在不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种农用地铅镉固化稳定剂，其特征在于，所述铅镉固化稳定剂为使用无机填料改性的丙烯酸
‑
丙烯酰胺共聚物，其中无机填料在丙烯酸和丙烯酰胺聚合反应开始之前加入到反应体系中。2.根据权利要求1所述的农用地铅镉固化稳定剂，其特征在于，所述无机填料为皂土、粉煤灰、金属氧化物、过磷酸盐的一种或几种混合物。3.一种如权利要求1所述的农用地铅镉固化稳定剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括下述步骤：S1.向丙烯酸单体水溶液中加碱，至中和度为70
‑
80％，并冷却；S2.将丙烯酰胺单体、2
‑
丙烯酰氨基
‑2‑
甲基丙磺酸单体、交联剂和助剂，加入到S1的水溶液中，且所有单体在水溶液的总质量浓度为40
‑
45％；S3.向上述溶液中通入高纯氮气驱除溶解氧，加入无机填料，混合均匀；S4.向溶液中加入引发剂，保温反应，得到交联高分子聚合物复合产品，并将其破碎后烘干。4.根据权利要求3所述的农用地铅镉固化稳定剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述交联剂为N
·
N
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述助剂包括助剂一和助剂二，助剂一为尿素，助剂二为二乙胺二乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐景峰，吉千喜，
申请(专利权)人：常州工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：