一种修复锌离子超标农田土壤的膨润土复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土壤修复材料技术领域，具体涉及一种修复锌离子超标农田土壤的膨润土复合材料的制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]农田土壤重金属污染是指生物毒性显著的铅、汞、铬、镉以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、镍、锌等污染物对农田土壤的污染。随着工业的发展，大量未加处理的含有重金属的废水、废渣和废气排入农田环境，使农田土壤遭受不同程度的污染。铅、镉，铬等重金属元素是土壤中主要的无机污染物质，如超量存在，不仅严重影响作物生长，而且通过食物链危害人类的健康甚至生命。尤为严重的是有毒重金属在农田土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。农田土壤本身含有一定量的重金属元素，其中很多是作物生长所必须的微量元素。因此，只有当作物生长所需要的微量营养元素，如果进入土壤的重金属元素积累的浓度超过了作物需要和可忍受程度，而表现出受毒害的症状，或者作物生长并未受害，但如果农产品中某种重金属含量超过标准，造成对人畜的危害时，，则表明此时农田土壤即被重金属污染。
[0004]膨润土吸附可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。1)物理吸附。物理吸附是靠吸附剂与吸附质之间分子间引力产生的，即我们常说的范德华力产生的。物理吸附是一种可逆的吸附过程，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。产生物理吸附的主要原因是膨润土表面分子其有表面能。由于膨润土在水中高度分散，物理吸附现象十分明显。2)化学吸附。化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力而产生的，化学吸附作用一般不可逆。在钻井泥浆中应用化学处理剂就是化学吸附作用的典型例子，如铁铬木质素磺酸盐加入到膨润土泥浆中就是利用铬离子在膨润土晶体的边缘上发生整合吸附。这种化学吸附作用明显比物理吸附作用要稳定。因此用铁铬木质素磺酸盐处理的膨润土泥浆具有较高的抗温能力，可作为地热和超深井的抗高温泥浆体系。3)离子交换吸附。膨润土矿物晶体一般带负电荷，因此在膨润土颗粒表面要吸附等当量的相反电荷的阳离子。吸附的阳离子可以和溶液中的阳离子发生交换作用，这种作用称为离子交换吸附。离子交换吸附的特点是:同号离子相互交换，等电量相互交换。离子交换吸附的反应是可逆的，吸附和脱附的速度受离子浓度的影响，这种影响符合质量作用定律。
[0005]本发明的创造性在于:(1)膨润土复合材料是一种新型土壤修复材料，有望成为废弃物资源化利用的典范；(2)用聚氨基甲酸酯将改性膨润土固定至花生壳中，制备膨润土复合材料的工艺未见文献报道；(3)无论与膨润土相比，还是花生壳相比，复合材料的物理形态、成分结构、锌离子吸附、回收再生等性能均具备突出的实质性特点和显著的进步。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明属于土壤修复材料领域，涉及一种修复锌离子超标农田土壤的膨润土复合材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将改性膨润土复合到氨化花生壳的孔道中，具体工艺包括花生壳洗净、氨化、膨润土改性以及复合材料制备等。本发明制备的膨润土复合材料具有以下优点:(1)用聚氨基甲酸酯将膨润土固定至花生壳中，既能发挥花生壳密度轻、比表面积大的特性，又能利用了改性膨润土对重金属锌离子吸附能力强的优点；(2)与膨润土粉体相比，复合材料避免了膨润土粉体团聚结块、锌离子吸附力降低的问题，又能避免吸附锌离子的膨润土难以回收，引发土壤二次污染的问题；(3)与花生壳相比，土壤修复材料大幅度的提高了锌离子饱和吸附量。本发明制备的土壤修复材料将锌离子的吸附量提升至187.5mg/g，可用于重金属超标农田的修复，市场前景广阔。
[0008]本发明提出的膨润土复合材料的制备方法，其特征在于:
1)清洁花生壳:将花生壳漂洗、烘干；
2)花生壳氨化:将清洁后的花生壳置于氨化溶液中，于80°C放置60分钟，漂洗、烘干；其中氨化溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为:乙二胺浓度5~10g/L，硫酸铵浓度5~10g/L，尿素浓度5~10g/L，柠檬酸钠浓度5~10g/L ;
3)膨润土改性:将膨润土置于十六烷基磺酸钠/醋酸铵混合水溶液中，搅拌3小时，过滤，于100°C干燥3小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的膨润土 ；其中膨润土与十六烷基磺酸钠/醋酸铵混合水溶液的料/液比为1/5~1/10 g/ mL ;其中十六烷基磺酸钠/醋酸铵混合水溶液中十六烷基磺酸钠的质量浓度为5~10%，醋酸铵的质量浓度为5~10% ;
4)复合材料制备:将聚氨基甲酸酯溶于四氢呋喃中，依次加入氨化花生壳及改性膨润土，搅拌2小时，将混合物置于模具中，于50~100°C干燥5小时，得膨润土复合材料；其中各种物料的重量比为:氨化花生壳/改性膨润土 /氰基十六烷基磺酸钠乙酯/四氢呋喃=3/l/2/4o
[0009]将膨润土复合材料与锌离子污染土壤混合，修复材料与污染土壤的重量比为1/10，调节土壤相对湿度为60%，pH值为5~6，于25°C吸附72小时，污染土壤中锌离子的浓度为30g/Kg，吸附完毕，取出膨润土复合材料，用能量色散X射线荧光光谱仪检测土壤修复材料中的锌尚子量。
[0010]将上述吸附锌离子的复合材料置于浓度为0.2M的醋酸铵水溶液中5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的膨润土复合材料；再将上述再生材料置于锌离子污染土壤中，进行锌离子吸附。如此多个循环，直至再生材料的锌离子吸附量小于初次吸附量的 70%ο
[0011]
【具体实施方式】
[0012]下面通过实施例进一步描述本发明实施例1
将花生壳用自来水洗净，烘干。
[0013]将乙二胺、硫酸铵、尿素、柠檬酸钠溶于去离子水中，乙二胺浓度为5g/L，硫酸铵浓度为5g/L，尿素浓度为5g/L，柠檬酸钠浓度为5g/L，得氨化溶液。
[0014]将50g洗净的花生壳置于500mL氨化溶液中，于80°C放置60分钟，漂洗、烘干，得氨化的花生壳。
[0015]将十六烷基磺酸钠、醋酸铵溶于去离子水中，十六烷基磺酸钠的质量浓度为5%，醋酸铵的质量浓度为5%，得十六烷基磺酸钠/醋酸铵混合水溶液。
[0016]将100g膨润土置于500mL十六烷基磺酸钠/醋酸铵混合水溶液中，搅拌3小时，过滤，于100°C干燥3小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的膨润土。
[0017]将20g聚氨基甲酸酯溶于40g四氢呋喃中，依次加入30g氨化花生壳及10g改性膨润土，搅拌2小时，将混合物置于模具中，于80°C干燥5小时，得膨润土复合材料。
[0018]将lg膨润土复合材料与10g锌离子污染土壤混合，调节土壤相对湿度为60%，pH值为5~6，于25°C吸附72小时，污染土壤中锌离子的浓度为30g/Kg，吸附完毕，取出膨润土复合材料，用能量色散X射线荧光光谱仪检测土壤修复材料中的锌离子量为132.2mg/go
[0019]上述吸附锌离子的土壤修复材料置于浓度为0.2M的醋酸铵水溶液中5小时，过滤，洗净，烘干，完成解吸附工艺，得再生的膨润土复合材料；再将上述再生材料置于锌离子污染土壤中，进行锌离子吸附。如此11个循环，直至再生材料的锌离子吸附量小于初次吸附量的70%。
[0020]
实施例