CN102965119A - 一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，属于土壤修复治理技术领域。其特点为：该稳定剂以聚乙烯亚胺为骨架，镁化合物为碱性调节剂，辅以四甲基氢氧化铵作为二氧化碳吸收剂，在此条件下鼓入空气或二氧化碳气体，加入二硫化碳，合成高分子螯合剂与碳酸镁微结晶体混合物，并配以铁盐，通过螯合、氧化/还原、沉淀、吸附作用，实现对污染土壤中重金属的高效稳定。该稳定剂各组分质量比为，聚乙烯亚胺∶镁化合物∶四甲基氢氧化铵∶铁盐＝1∶(0.2～0.6)∶(0.05～0.1)∶(0.1～0.5)，其中通入二氧化碳摩尔量至少大于镁离子摩尔量的20％，配比任意量水，该稳定剂可为溶液或结晶物。该稳定剂合成工艺简单，能够在固碳同时，实现多种重金属的高效快速稳定。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复治理技术领域，特别涉及一种用于重金属污染土壤的稳定剂的制备和使用方法。
背景技术
近年来，重金属污染事件时有发生，尤其是重金属土壤污染问题在日益显现，我国土壤污染面积在逐年增加，还没得到有效控制，已经成为了重要的环境问题之一。
对于重金属土壤的修复治理，稳定化技术是一种较为成熟且经济可行的方法，目前在国内外都有具体实施案例。但是，从已有应用来看，主要以水泥类试剂作为稳定剂进行修复，以该类试剂进行稳定存在增容比大、填埋库容大的问题，同时由于其作用原理主要为水化反应及吸附作用，经过长期风化和酸雨淋溶存在重金属重新溶出的风险。
针对以上问题，我国已开展这方面研究，以求解决问题。申请公布号为CN 102343357A的发明专利中提出的土壤稳定剂将多种无机盐矿物材料进行混合以实现对重金属的稳定，主要成份为粘土矿物和硅酸盐，在使用过程中仍存在增容比较大的问题；申请公布号为CN 102335494A的发明专利中以碱性试剂为稳定剂，稳定效果容易受到酸性溶液影响，难以保证长期稳定性；公开号为CN 1631940A的发明专利中以多胺或聚乙烯亚胺为骨架合成螯合剂，具有良好的重金属的稳定性，但该方法以有机试剂为主体，在应用过程中存在试剂费用高、有机试剂受温度影响大及长期生物不稳定性等问题。
发明内容
本发明为克服上述稳定化方法的不足，提出一种新型的重金属污染土壤稳定剂的制备方法，以有机试剂为骨架，配以无机试剂形成复合的螯合剂。该稳定剂制备简单，应用时增容比较小、快速可靠，同时能够实现固碳效果。
本发明所述一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于，该稳定剂以聚乙烯亚胺为骨架，镁化合物为碱性调节剂，辅以四甲基氢氧化铵作为二氧化碳吸收剂，鼓入空气或二氧化碳气体，加入二硫化碳，并配以铁盐，合成高分子螯合剂与碳酸镁微结晶体混合物；
所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于各组分质量比为：聚乙烯亚胺∶镁化合物∶四甲基氢氧化铵∶铁盐＝1∶(0.2～0.6)∶(0.05～0.1)∶(0.1～0.5)；
所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于通入二氧化碳摩尔量至少大于镁离子摩尔量的20％；
所述的镁化合物为氧化镁或氢镁化镁中一种或任意配比混合物；
所述的铁盐为硫酸亚铁或零价铁中一种或任意配比混合物；
所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于该稳定剂可配比任意质量水，在应用中配制成质量分数为10～50％的溶液；
所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于该稳定剂在应用中与污染土壤混合搅拌，养护时间≥1天。
本发明一种重金属污染土壤稳定剂，其使用方法与传统稳定化试剂相同，其主要机理为螯合、氧化/还原、沉淀、吸附作用，其中有机试剂骨架主要起螯合作用，加入二硫化碳形成巯基S与多种重金属离子配合形成交联网状螯合物，达到稳定状态；铁盐体现氧化/还原特性，降低砷、铬元素毒性浸出；四甲基氢氧化铵促进对二氧化碳的吸附且提供碱性环境，并生成重金属沉淀物，有利于稳定剂对重金属沉淀物的捕集与螯合；镁化合物与二氧化碳相结合，一方面促进有机骨架的螯合剂链的形成，另一方面生成碳酸镁微晶体与重金属氢氧化物沉淀物，与有机螯合剂相互促进络合与吸附，达到更稳定效果；二氧化碳从有机化合物中的逐渐释放出来，有利于螯合效果的长期稳定，且对极端酸性外界条件起到缓冲作用。
主要反应为：
(CH2 NH CH2)n+CS2→(CH2NCS2CH2)n
(CH2NCS2CH2)n+n/2 R2+→(CH2NCS2CH2NCS2CH2-R)n/2↓
C4H13NO→C4H12N++OH-
MgO+CO2→MgCO3
CO2+H2O→H++HCO3 -
MgO+H2O→Mg2++2OH-
Fe-2e→Fe2+
Fe2+-e→Fe3+
R2++OH-→R(OH)2↓
R2++CO3 2-→RCO3↓
其中，R2+为二价重金属离子，不同重金属离子均能形成稳定的重金属离子螯合物沉淀。与传统稳定化试剂相比，本发明提出的重金属土壤稳定剂制备方法简单，应用时增容 比较小、快速可靠，同时能够实现固碳效果。本发明适用于重金属污染土壤的稳定，但不仅限于此，同时适用于其它重金属危险废物及一般固废，如尾矿、矿渣、底泥、飞灰等。
具体实施方式
本发明所述一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，以聚乙烯亚胺为骨架，加入镁化合物为碱性调节剂，辅以四甲基氢氧化铵作为二氧化碳吸收剂，鼓入空气或二氧化碳气体，加入二硫化碳，并配以铁盐，合成高分子螯合剂与碳酸镁微结晶体混合物。
其具体实施例有：
实施例1：取聚乙烯亚胺10g，聚乙烯亚胺∶氧化镁∶四甲基氢氧化铵∶硫酸亚铁＝1∶0.2∶0.1∶0.4；制备稳定剂，并配制成质量分数为20％的稳定剂溶液待用。取某砷冶炼厂污染土壤1#40g，加入40mL稳定剂溶液，用玻璃棒搅拌2min混合均匀后，养护24h，采用GB5086《固体废物 浸出毒性浸出方法》中浸出方法进行浸出试验，实验结果见表1。
表1砷污染土壤处理效果 mg/L
| 项目 | 砷 | 铅 | 镉 | 铬 | 汞 | 铜 | 锌 |
| 未处理 | 12.4 | 33.7 | 0.6 | 0.2 | 0.1 | 83 | 90 |
| 稳定后 | 0.8 | 1.5 | - | - | - | 12 | 24 |
| 标准限 | 2.5 | 5 | 0.5 | 12 | 0.25 | 75 | 75 |
注：标准限值参照GB18598-2001《危险废物填埋污染控制标准》
实施例2：取聚乙烯亚胺10g，聚乙烯亚胺∶氧化镁∶四甲基氢氧化铵∶硫酸亚铁＝1∶0.4∶0.1∶0.5；制备稳定剂，并配制成质量分数为40％的稳定剂溶液待用。取某砷冶炼厂污染土壤2#40g，加入40mL稳定剂溶液，用玻璃棒搅拌5min混合均匀后，养护48h，采用GB5086《固体废物浸出毒性浸出方法》浸出方法进行浸出试验，实验结果见表2。
表2砷污染土壤处理效果 mg/L
| 项目 | 砷 | 铅 | 镉 | 铬 | 汞 | 铜 | 锌 |
| 未处理 | 44.8 | 54.2 | 1.2 | 0.3 | 0.3 | 200 | 233 |
| 稳定后 | 1.7 | 3.5 | - | - | - | 53 | 44 |
| 标准限 | 2.5 | 5 | 0.5 | 12 | 0.25 | 75 | 75 |
注：标准限值参照GB18598-2001危险废物填埋污染控制标准》
实施例3：取聚乙烯亚胺10g，聚乙烯亚胺∶氧化镁∶四甲基氢氧化铵∶硫酸亚铁＝1∶ 0.2∶0.05∶0.1；制备稳定剂，并配制成质量分数为10％的稳定剂溶液待用。取某砷冶炼厂污染土壤3#40g，加入20mL稳定剂溶液，用玻璃棒搅拌2min混合均匀后，养护24h，采用HJ/T 300《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》中浸出方法进行浸出试验，实验结果见表3。
表3砷污染土壤处理效果 mg/L
| 项目 | 砷 | 铅 | 镉 | 铬 | 汞 | 铜 | 锌 |
| 未处理 | 1.2 | 12 | 0.44 | 0.1 | - | 55 | 78 |
| 稳定后 | 0.1 | - | - | - | - | 9 | 14 |
| 标准限 | 0.3 | 0.25 | 0.15 | 4.5 | 0.05 | 40 | 100 |
注：标准限值参照GB16889-2008生活垃圾填埋污染控制标准》
实施例4：取聚乙烯亚胺10g，聚乙烯亚胺∶氧化镁∶四甲基氢氧化铵∶硫酸亚铁＝1∶0.6∶0.1∶0.5；制备稳定剂，并配制成质量分数为10％的稳定剂溶液待用。取某砷冶炼厂污染土壤3#40g，加入20mL稳定剂溶液，用玻璃棒搅拌2min混合均匀后，养护24h，采用HJ/T 299《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》中浸出方法进行浸出试验，实验结果见表4。
表4砷污染土壤处理效果 mg/L
| 项目 | 砷 | 铅 | 镉 | 铬 | 汞 | 铜 | 锌 |
| 未处理 | 1.2 | 12 | 0.44 | 0.1 | - | 55 | 78 |
| 稳定后 | 0.13 | - | - | - | - | 1.3 | 3 |
| 标准限 | 0.5 | 1.0 | 0.1 | 1.5 | 0.05 | 2 | 5 |
注：标准限值参照GB8978-1996《污水综合排放标准》。
Claims (7)
1.一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于，该稳定剂以聚乙烯亚胺为骨架，镁化合物为碱性调节剂，辅以四甲基氢氧化铵作为二氧化碳吸收剂，鼓入空气或二氧化碳气体，加入二硫化碳，并配以铁盐，合成高分子螯合剂与碳酸镁微结晶体混合物。
2.如权利要求1所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于各组分质量比为：聚乙烯亚胺∶镁化合物∶四甲基氢氧化铵∶铁盐＝1∶(0.2～0.6)∶(0.05～0.1)∶(0.1～0.5)。
3.如权利要求1所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于通入二氧化碳摩尔量至少大于镁离子摩尔量的20％。
4.如权利要求1所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于镁化合物为氧化镁或氢镁化镁中一种或任意配比混合物。
5.如权利要求1所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于铁盐为硫酸亚铁或零价铁中一种或任意配比混合物。
6.如权利要求1所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于该稳定剂可配比任意质量水，在应用中配制成质量分数为10～50％的溶液。
7.如权利要求1所述的一种重金属污染土壤稳定剂的制备方法，其特征在于该稳定剂在应用中与污染土壤混合搅拌，养护时间≥1天。
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