一种土壤钝化修复材料、制备方法及其用途技术

本发明专利技术提供了一种土壤钝化修复材料、制备方法及其用途。本发明专利技术提供的制备方法以成本低廉的黏土矿物蒙脱石为基体，采用一步机械力化学接枝法负载对汞具有高效亲和力的巯基，制备得到了巯基功能化蒙脱石作为土壤的钝化修复材料。本发明专利技术提供的制备方法具有合成过程简单、功能基团接枝率高、产生的化学废物较少等优点，能够批量制备土壤钝化修复材料。通过本发明专利技术的制备方法得到的修复材料能够有效阻控水稻籽粒对土壤中的无机汞和甲基汞的吸收积累，并且基本不影响土壤pH值和有效硫含量，性能稳定、环境友好，此外该修复材料还能够显著增加土壤中脲酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶的活性，表明土壤环境质量一定程度上得到改善。表明土壤环境质量一定程度上得到改善。表明土壤环境质量一定程度上得到改善。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤钝化修复材料、制备方法及其用途


[0001]本专利技术属于污染治理领域，具体涉及一种土壤钝化修复材料、制备方法及其用途。

技术介绍

[0002]为降低稻米中总汞和甲基汞含量，实现汞污染土壤的安全生产，常在土壤中施加钝化材料，传统的钝化材料有生物炭、改性生物炭、黏土矿物和纳米材料等，但在土壤修复实践中这些材料存在一些弊端，一是钝化材料制备成本高，在土壤胶体中分散性差，甚至可能成为新型纳米污染物，如纳米材料；二是钝化材料用量大，难以大面积推广应用。
[0003]天然蒙脱石表面存在Si
‑
OH和Si
‑
O，有文献通过HCl对蒙脱石进行活化得到氢型蒙脱石，然后通过回流将3
‑
氯丙基三甲氧基硅烷与蒙脱石层间
‑
OH缩合，最后通过NaSH还原成功将
‑
SH接枝于蒙脱石的层间表面，获得了高效Hg
2+
吸附材料(MERCIER and DETELLIER,1995)。等人在酸活化后利用3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷共价接枝法制备了巯基改性蒙脱石，巯基接枝率达到1.72mmol/g，可显著提高对汞等重金属离子的吸附容量。但是，上述方法得到的巯基改性蒙脱石存在改性材料易溶出、巯基负载量小、导致土壤酸化等缺点，并且制备效率低、耗费时间长、产生的化学废液多，不适于批量合成，实践意义不强。

技术实现思路

[0004]鉴于
技术介绍
存在的上述问题，本专利技术提供了一种土壤钝化修复材料、制备方法及其用途。
[0005]在本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种土壤钝化修复材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0006]S1：称取蒙脱石及一定比例的巯基化合物置于玛瑙罐中，加入无水乙醇、去离子水和玛瑙球进行高能球磨；S2：将球磨产物真空抽滤，用乙醇和去离子水洗涤并收集滤饼；S3：干燥滤饼并研磨，得到所述土壤钝化修复材料。
[0007]其中，巯基化合物选自3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷(3
‑
MPTS)、二巯基丙醇(BAL)、巯基乙酸(TGA)、2
‑
巯基乙基胺盐酸盐(MEA)和半胱氨酸(Cys)中的至少一种。优选的，具体使用3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷作为步骤S1中的巯基化合物。
[0008]在步骤S1的高能球磨过程中，由于机械力的作用，蒙脱石的尺寸减小，结构面破坏硅氧键增多，表面反应活性升高，形成共价键的反应活化能降低，从而有利于巯基化合物结合于蒙脱石表面，形成巯基功能化蒙脱石。
[0009]蒙脱石与巯基化合物以适当的比例进行高能球磨。作为例举，蒙脱石与巯基化合物的质量体积比为1：0.5～1.5，即每1g蒙脱石对应0.5～1.5ml的巯基化合物。
[0010]具体的，步骤S1的高能球磨的球料比为20～100：1，以200～500rpm的速度运行4～12h。为达到良好的球磨效果，球磨过程中可以周期性的改变球磨方向，例如每2
‑
4h反转一次方向。
[0011]具体的，步骤S3的干燥在室温下进行，干燥后研磨并过100目筛，得到所述土壤钝
化修复材料。
[0012]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种土壤钝化修复材料，该土壤钝化修复材料通过前述制备方法制备得到。具体而言，本专利技术提供的土壤钝化修复材料是一种巯基功能化蒙脱石材料，并且特别优选的，是以3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷作为巯基化合物制备得到的巯基功能化蒙脱石材料。
[0013]在本专利技术的第三个方面，本专利技术提供了一种土壤钝化修复材料的用途，通过将前述土壤钝化修复材料按照0.1％
‑
0.5％的重量比施加于土壤，并与土壤充分混匀，淹水灌溉，即可有效实现对土壤的修复，之后可正常移栽稻秧及其他农作物。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：
[0015]1.通过机械力一步接枝法实现对蒙脱石的巯基功能化接枝，合成过程简单、功能基团接枝率高、产生的化学废物少，能够批量制备，适合规模化应用；
[0016]2.制备得到的修复材料没有经过酸活化，不会导致土壤酸化，不存在改性剂溶出风险，性能稳定、环境友好；
[0017]3.制备得到的修复材料对土壤的修复效果良好，可显著降低土壤有效汞和甲基汞含量，施加0.1％即可有效降低总汞和甲基汞，此外该修复材料还能够显著增加土壤中脲酶、蔗糖酶、芳基硫酸酯酶的活性，表明土壤环境质量一定程度上得到改善。
附图说明
[0018]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0019]图1示出了原始及巯基功能化蒙脱石的扫描电镜图；
[0020]图2示出了对土壤Na2S2O3和HCl可浸提态Hg含量的影响及其钝化效率；
[0021]图3示出了对土壤MeHg含量及其占土壤THg比例的影响；
[0022]图4示出了对稻米THg和MeHg含量的影响；
[0023]图5示出了对土壤中酶的活性的影响。
具体实施方式
[0024]下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0025]在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0026]实施例1
[0027]称取3g蒙脱石置于玛瑙罐中，加入玛瑙球(与Mt的质量比100：1)，然后按照质量体
积比1:1.2逐滴加入3.6ml的3
‑
MPTS，并按照质量体积比1:40加入120ml无水乙醇，以及少量去离子水，将玛瑙罐置于球磨机(QM
‑
3SP2，南京顺驰科技有限公司，中国)中以300rpm的速度运行12h，旋转方向每4h改变一次。球磨结束后，将混合物真空抽滤，用乙醇和去离子水洗涤以去除残留的3
‑
MPTS，收集滤饼，室温下风干，研磨过100目尼龙网筛备用，所得到的土壤钝化修复材料样品命名为BSH
‑
Mt。
[0028]对比例1
[0029]称取5g蒙脱石置于锥形瓶中，用50mL MEA溶液处理以制备悬浮液(MEA质量浓度为1.0CEC，以蒙脱石的称取质量
×
115cmol(+)kg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤钝化修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：称取蒙脱石及巯基化合物置于玛瑙罐中，加入无水乙醇、去离子水和玛瑙球进行高能球磨；S2：将球磨产物真空抽滤，用乙醇和去离子水洗涤并收集滤饼；S3：干燥滤饼并研磨，得到所述土壤钝化修复材料。2.根据权利要求1所述的土壤钝化修复材料的制备方法，其特征在于，所述巯基化合物选自3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷、二巯基丙醇、巯基乙酸、2
‑
巯基乙基胺盐酸盐和半胱氨酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的土壤钝化修复材料的制备方法，其特征在于，所述蒙脱石与巯基化合物的质量体积比为1：0.5～1.5。4.根据权利要求1所述的土壤钝化修...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴鹏刚，
申请(专利权)人：长治学院，
类型：发明
国别省市：