CN107880894A - 一种镉铅污染土壤修复材料的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镉铅污染土壤修复材料的制备方法及应用。制备方法步骤为：将膨润土分散在水中，超声，加入钠盐，再加入生物炭，搅拌均匀，加入碳酸氢钠，分离，干燥。一种改性膨润土的制备方法，包括如下步骤：1)将天然钙基膨润土加水配成一定质量分数的溶液；2)加入一定量碳酸钠，搅拌；3)加入一定量碳酸氢钠，调节pH；4)抽滤，用乙醇冲洗，干燥，研磨，过筛。制备的镉铅污染土壤修复材料在镉铅污染土壤原位修复中的应用。镉铅污染土壤的原位修复方法，将制备的铜镍污染土壤修复材料投加到土壤中，翻耕，混合均匀。本发明制备的修复材料适用于镉铅污染土壤的原位修复，修复效率高。

Description

一种镉铅污染土壤修复材料的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及土壤修复的技术领域，具体涉及一种镉铅污染土壤修复材料的制备方法及应用。

背景技术

随着经济的发展和城市化、工业化进程的加快，土壤重金属污染问题越来越突出。目前，重金属污染土壤的修复技术主要分为两类：原位修复和异位修复。其中异位修复由于高成本和工程量大等特点只适用于小面积、突发性重度污染土壤。原位修复主要包括：物理修复、生物修复、化学修复等。其中化学修复法通过选择合适的土壤改良剂，对重金属进行吸附、氧化还原、沉淀等降低重金属的生物有效性，由于操作方便和治理快速的特性，使其成为近年来污染土壤修复的研究热点。生物炭是富含碳的生物质通过热裂解的方法，在缺氧或少氧的条件下制成的一种富有孔隙结构、含碳量高的炭化物质。生物炭制备原材料来源广泛，农林业废弃物(如木材、秸秆、果壳)以及工业和城市生活中产生的有机废弃物(如垃圾、污泥)都可以作为原料。生物炭具有较大的比表面积、高pH值、较多的表面官能团和微孔结构，对养分保持、水土利用、土壤结构、重金属和有机污染物生物有效性都产生重要影响。大量研究结果表明，生物炭在土壤养分保持、土壤理化性质改善和土壤重金属污染修复中均表现出积极的效果，有望发展成为有效的重金属改良剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铅污染土壤修复材料的制备方法及应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种镉铅污染土壤修复材料的制备方法，包括如下的步骤：

将改性膨润土分散在水中，超声处理后，加入钠盐，再加入生物炭，搅拌均匀后，加入碳酸氢钠，分离，干燥；所述的膨润土、钠盐、生物炭的质量比为1.5～2.5:0.6～1.5:5～20。

优选的，所述改性膨润土采用如下的方法制备：

(1)将钙基膨润土加水配成一定质量的溶液；

(2)加入钠盐，搅拌，钠化；

(3)加入碳酸氢钠，调节pH：

(4)抽滤出去水，用乙醇冲洗，干燥后研磨。

优选的，步骤2)具体为：所述钠盐为碳酸钠；所述钙基膨润土与钠盐的摩尔比为2:1。

优选的，所述生物炭采用如下的方法制备：

1)干燥：将制药废弃物破碎后干燥；

2)热解：将干燥后的制药废弃物放入坩埚中，置于惰性气体保护的马弗炉中，以40～55℃/min升温至500～700℃，在该温度下热解1～3h，马弗炉降温至室温，取出黑色固体，研磨，筛选。

优选的，所述的制药废弃物为中药渣。

一种镉铅污染土壤修复材料在镉铅污染农田土壤原位修复中的应用，进行原位修复时，将上述铅污染土壤修复材料投加到土壤中，翻耕，混合均匀。

本发明的有益效果是：

本发明制备的钠基膨润土具有比表面积大，pH值高，微孔结构丰富等特性，钠基膨润土与生石灰复合而成的修复材料，能提高对土壤铜镍的固化效果；该修复技术适合于原位修复，材料制备方法简单；本发明所述钠基膨润土是利用钙基膨润土制备而成的，我国天然膨润土以钙基膨润土居多，因此材料制备成本低；本发明所述生物炭是利用废弃物中药渣制备而成的，材料制备成本低，有利于资源的回收利用，变废为宝；本发明所述修复材料可用于较高浓度铅污染土壤的修复，修复效率高。

附图说明

图1是实施例1制备的生物炭的SEM图像。

图2是实施例5不同材料对土壤中镉的修复效果；

图3是实施例5不同材料的生物炭对铅的修复效果；

图4是实施例6不同投加量修复材料对镉的修复效果；

图5是实施例6不同投加量修复材料对铅的修复效果。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种生物炭的制备方法，包括如下步骤：

1)干燥：将制药废弃物破碎后，干燥；

2)热解：称取一定量干燥后的中药渣在氮气保护下以10℃/min升温至600℃，在该温度下继续热解2h，马弗炉降温至室温后取出，研磨，过120目筛密封保存。

实施例2

本实施例提供了一种钠基膨润土的制备方法，具体包括如下步骤：

1)将天然钙基膨润土加水配成10％质量分数的溶液；

2)加入摩尔比为2:1的碳酸钠，搅拌，钠化；

3)加入一定量碳酸氢钠，调节pH为9；

3)抽滤，用乙醇冲洗，干燥，研磨，过120目筛。

实施例3

本实施例提供了一种镉铅污染土壤修复材料的制备方法，步骤为：将实施例1制得膨润土分散在水中，超声30min，加入碳酸钠，加入实施例2制得的生物炭，搅拌均匀，加入碳酸氢钠调节pH约为9，分离，干燥。

实施例4

人工模拟镉铅污染土壤的制备：本实例采用室内试验，供试土壤为采自广州市番禺区的未受污染土壤，采集后风干，过60目筛，密封储存于干燥器中备用。

镉铅污染土壤的制备方法如下：

(1)称取上述土壤1000g于烧杯内，加入1500ml硝酸镉、硝酸铅溶液，电动搅拌；

(2)搅拌完后，离心，再用去离子水洗涤土壤，离心收集上清液；

(3)将土样风干，研磨，置于广口瓶中；

(4)土壤污染采用酸消解法进行消解后，用0.45μm的滤膜过滤，用火焰原子吸收分光光度计测定消解液和上清液中的Pb²⁺、Cd²⁺浓度；

(5)土壤中Pb²⁺、Cd²⁺的含量根据质量守恒定律来算，即通过土壤中加入的Pb²⁺、Cd²⁺总量减去上清液中含有的Pb²⁺、Cd²⁺量，最终土壤中Pb、Cd含量为298.7和2.91mg/kg。

实施例5

本不同时间下材料对土壤中镉铅的修复效果探究：

称取10g污染土于100ml离心管中，以2％、2％、2％、2％(w/w)的比例投加钙基膨润土、钠基膨润土、生物炭和镉铅污染土壤修复材料，一组对照，每组3个平行，每个土样加入一定量去离子水，摇匀后，将离心管置于振荡器上，于室温条件下分别修复1d、7d、14d、21d、28d。

为评价镉铅污染土壤修复材料对镉铅污染土壤的修复效果，采用DTPA法测定修复前后土壤中有效态镉铅含量，具体步骤为：将修复后的土壤样品离心去掉上清液，用量筒加入50mL提取剂，置于振荡装置上，在室温(25±2℃)下，转速为180r/min，提取2h。取下，离心，过滤，用火焰原子吸收法测定滤液中镉铅的浓度。有效态镉铅修复率的计算公式如下：

修复率(％)＝(1－修复后土壤滤液中镉铅浓度/对照组浓度)×100％

由附图2可知，4种材料对Cd的修复效果均随修复时间增大而增强。修复28d后，钙基膨润土、钠基膨润土、氧化钙和镉铅污染土壤修复材料对镉、铅的修复率分别为43％、47％、45％和51％；图3可明显表明，镉铅污染土壤修复材料对铅的修复效果最佳，达到61％

实施例6

材料最佳投加量确定实验：

为探究镉铅污染土壤修复材料的投加量对土壤中镉铅的固化效果的影响，确定最佳投加量，分别设置5个实验组，每组10g土壤，15ml水，三个平行。镉铅污染土壤修复材料的投加量为0、1％、3％、5％和7％(w/w)。将样品置于摇床中，经1d，3d，7d，14d，21d，28d后，采用上述实施例5中的方法测定镉铅的浓度。由附图4可知，当修复时间从21d到28d时，材料对Cd的修复率的变化趋于平行，故选择21d为最佳修复时间修复。修复28d后，镉铅污染土壤修复材料的投加量对土壤中镉的修复效果的影响如图4所示。附图5表明，镉铅污染土壤修复材料对铅的修复率随投加量的增大而增大，投加量由1％增加到7％时，修复率在5％时最大为63％，故确定5％为镉铅污染土壤修复材料的最佳投加量。

Claims (6)

1.一种镉铅污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下的步骤：

将改性膨润土分散在水中，超声处理后，加入钠盐，再加入生物炭，搅拌均匀后，加入碳酸氢钠，分离，干燥；所述的膨润土、钠盐、生物炭的质量比为1.5～2.5:0.6～1.5:5～20。

2.根据权利要求1所述的镉铅污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于：所述改性膨润土采用如下的方法制备：

(1)将钙基膨润土加水配成一定质量的溶液；

(2)加入钠盐，搅拌，钠化；

(3)加入碳酸氢钠，调节pH：

(4)抽滤出去水，用乙醇冲洗，干燥后研磨。

3.根据权利要求2所述的镉铅污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于：所述改性膨润土的步骤(2)中钠盐为碳酸钠；钙基膨润土与钠盐的摩尔比为2:1。

4.根据权利要求3所述的镉铅污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于：所述生物炭采用如下的方法制备：

1)干燥：将制药废弃物破碎后干燥；

2)热解：将干燥后的制药废弃物放入坩埚中，置于惰性气体保护的马弗炉中，以40～55℃/min升温至500～700℃，在该温度下热解1～3h，马弗炉降温至室温，取出黑色固体，研磨，筛选。

5.根据权利要求4所述的镉铅污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于：所述的制药废弃物为中药渣。

6.一种权利要求1-5任一所述的镉铅污染土壤修复材料在镉铅污染农田土壤原位修复中的应用，其特征在于：进行原位修复时，将上述铅污染土壤修复材料投加到土壤中，翻耕，混合均匀。