一种土壤重金属污染用修复剂的制作方法

1.本发明涉及土壤污染修复技术领域，尤其是涉及一种土壤重金属污染用修复剂。


背景技术：

2.土壤重金属污染已成为广泛关注的重大农业生态环境问题，对现代农业和社会经济的可持续发展、农业生态环境和农产品质量安全构成了严重威胁。目前土壤中的重金属污染主要是砷、铅、汞、铬、镉五大重金属,其中砷因为其毒性和重金属类似而归为重金属,从全国科研、土壤背景值研究等多年的结果看来,不考虑个别点源的工业污染,土壤当中重金属污染最严重的是铅、镉两大重金属污染,尤其是在南方酸性土壤中,该两种重金属活性提高,农产品污染危害的可能性更大，镉金属离子主要通过金属冶炼、污水灌溉以及化肥农药的使用等途径进入土壤，其生物毒性强，且具有不可逆和不能被降解、在生物体易富集等特性。人类长期摄入被镉污染的食物，镉会通过食物链进入到人体，造成人体器官衰竭、骨质疏松软化，甚至产生了“镉大米”等公共卫生事件。因此，重金属镉污染土壤的治理和修复十分紧迫。
3.目前，重金属污染土壤的治理和修复技术包括两大类：一是通过改变重金属在土壤中的存在形态，降低其在土壤中的移动性和生物有效性；二是从土壤中去除重金属，使其存留浓度接近或达到土壤背景值。国内外已开展较多重金属污染土壤的治理和修复技术研究，主要包括以客翻换土、原位钝化、淋洗、电化学修复等方法为主的物理化学修复技术和以植物、微生物和动物为主的生物修复技术。其中，原位钝化修复技术是通过向土壤中投加钝化材料，改变重金属在土壤中的化学活性和赋存状态，从而降低重金属的生物有效性和迁移性，减少植物对重金属的吸收的一种化学修复技术。因其具有成本低、操作简单、见效快、适合大面积使用而受到广泛关注。
4.目前，常用的土壤修复材料包括：化学反应材料，例如：铅污染土壤中加入硫酸盐(硫酸钾等)，产生硫酸铅沉淀，从而使得铅离子失去活性，同时产生钾肥，为土壤提供肥力，镉污染土壤中加入磷酸盐(硫酸钾等)，从而产生磷酸镉与钾肥，从而减少镉离子活性；吸附材料，吸附重金属离子，例如：木材碳化获得的活性炭、秸秆碳化获得的活性炭、煤炭制作的活性炭以及果壳碳化获得的活性炭，其中木材、秸秆以及果壳制作的活性炭，性状不稳定，半年左右就可能分解，从而重新释放重金属污染，有效期短；具有海绵状吸附结构的片状矿物，与活性炭类似，通过吸附重金属离子，从而减少重金属污染，但是该类材料加工成本高，较为昂贵；且现有常见的活性炭以及具有海绵状吸附结构的片状矿物的吸附孔径较大，重金属离子容易析出。
5.因此，如何提供一种成本不高、有效期长且孔径较小的土壤重金属污染修复剂，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种土壤重金属污染用修复剂，成本较低、有效期长，吸附
后的重金属离子不容易析出。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
8.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣40-90％、稳定剂5-50％、竹炭2-15％、沉淀剂0.1-2.5％。
9.通过采用上述方案，云母矿渣为开采云母矿的副产物，废物利用，成本较低，正常为微小的碎片状，为了达到更好地吸附效果，可以进一步粉碎，云母矿渣性状稳定，同时也是片状矿物，两片云母矿渣之间的空隙可以稳定吸附重金属；稳定剂为可以稳定吸附重金属的吸附材料，土壤ph变化后，被吸附的重金属容易重新溶解成为重金属离子，由于稳定剂的化学性质稳定，受ph变化的影响不大，在弱酸性与弱碱性的条件下，可以保持稳定的吸附重金属的物理状态，因此，使用稳定剂能够减少吸附状态重金属，因为ph变化而导致的析出；由于竹子的纤维更加致密，碳化后的竹炭颗粒孔径要比一般的木炭以及果壳碳小，吸附的重金属更不容易析出，使得吸附效果更加可靠，且性状稳定，分解所需时间长，因此，吸附有效期长；仅靠云母矿渣与竹炭，吸附所重金属离子需时间较长，采用沉淀剂与重金属离子发生反应，加快重金属沉降，从而尽快降低土壤中重金属离子的活性，减少对农作物的重金属污染，同时一定程度上，由于重金属成为沉降的颗粒，可以帮助提高云母矿渣与竹炭吸附重金属离子的速度；本发明采用云母矿渣，成本较低、云母矿渣与竹炭，性状稳定，且有稳定剂稳定部分吸附效果，吸附重金属的有效时间长，修复土壤重金属污染的有效期长，且竹炭颗粒孔径较小，吸附后的重金属离子不容易析出，进一步延长有效期，且在沉淀剂的帮助下，可较为快速地降低土壤重金属离子的活性，减少对农作物的金属污染。
10.优选的，所述云母矿渣粉末与稳定剂粉末、竹炭粉末以及沉淀剂粉末均匀混合。
11.优选的，所述沉淀剂为氢氧化镁粉末。
12.优选的，所述稳定剂为三氧化二铁粉末。
13.优选的，所述竹炭颗粒的孔径为d50＝20～50nm，d90≤100μm，所述竹炭颗粒的直径为d50＝250-180μm，d90≤2000μm。
14.优选的，所述竹炭为三年及以上竹子的竹根碳化制成的活性炭。
15.优选的，所述云母矿渣颗粒的直径为d50≤1000μm，d90≤3000μm。
16.本发明具有以下有益效果：
17.云母矿渣为开采云母矿的副产物，废物利用，成本较低，正常为微小的碎片状，为了达到更好地吸附效果，可以进一步粉碎，云母矿渣性状稳定，同时也是片状矿物，两片云母矿渣之间的空隙可以稳定吸附重金属；稳定剂为可以稳定吸附重金属的吸附材料，土壤ph变化后，被吸附的重金属容易重新溶解成为重金属离子，由于稳定剂的化学性质稳定，受ph变化的影响不大，在弱酸性与弱碱性的条件下，可以保持稳定的吸附重金属的物理状态，因此，使用稳定剂能够减少吸附状态重金属，因为ph变化而导致的析出；由于竹子的纤维更加致密，碳化后的竹炭颗粒孔径要比一般的木炭以及果壳碳小，吸附的重金属更不容易析出，使得吸附效果更加可靠，且性状稳定，分解所需时间长，因此，吸附有效期长；仅靠云母矿渣与竹炭，吸附所重金属离子需时间较长，采用沉淀剂与重金属离子发生反应，加快重金属沉降，从而尽快降低土壤中重金属离子的活性，减少对农作物的重金属污染，同时一定程度上，由于重金属成为沉降的颗粒，可以帮助提高云母矿渣与竹炭吸附重金属离子的速度；本发明采用云母矿渣，成本较低、云母矿渣与竹炭，性状稳定，且有稳定剂稳定部分吸附效
果，吸附重金属的有效时间长，修复土壤重金属污染的有效期长，且竹炭颗粒孔径较小，吸附后的重金属离子不容易析出，进一步延长有效期，且在沉淀剂的帮助下，可较为快速地降低土壤重金属离子的活性，减少对农作物的金属污染。
附图说明
18.图1为本发明实施例的修复剂使用方式。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣40-90％、稳定剂5-50％、竹炭2-15％、沉淀剂0.1-2.5％。
21.云母矿渣为开采云母矿的副产物，废物利用，成本较低，正常为微小的碎片状，为了达到更好地吸附效果，可以进一步粉碎，云母矿渣性状稳定，同时也是片状矿物，两片云母矿渣之间的空隙可以稳定吸附重金属；稳定剂为可以稳定吸附重金属的吸附材料，土壤ph变化后，被吸附的重金属容易重新溶解成为重金属离子，由于稳定剂的化学性质稳定，受ph变化的影响不大，在弱酸性与弱碱性的条件下，可以保持稳定的吸附重金属的物理状态，因此，使用稳定剂能够减少吸附状态重金属，因为ph变化而导致的析出；由于竹子的纤维更加致密，碳化后的竹炭颗粒孔径要比一般的木炭以及果壳碳小，吸附的重金属更不容易析出，使得吸附效果更加可靠，且性状稳定，分解所需时间长，因此，吸附有效期长；仅靠云母矿渣与竹炭，吸附所重金属离子需时间较长，采用沉淀剂与重金属离子发生反应，加快重金属沉降，从而尽快降低土壤中重金属离子的活性，减少对农作物的重金属污染，同时一定程度上，由于重金属成为沉降的颗粒，可以帮助提高云母矿渣与竹炭吸附重金属离子的速度；本发明采用云母矿渣，成本较低、云母矿渣与竹炭，性状稳定，且有稳定剂稳定部分吸附效果，吸附重金属的有效时间长，修复土壤重金属污染的有效期长，且竹炭颗粒孔径较小，吸附后的重金属离子不容易析出，进一步延长有效期，且在沉淀剂的帮助下，可较为快速地降低土壤重金属离子的活性，减少对农作物的金属污染。
22.如图1所示，云母矿渣粉末与稳定剂粉末、竹炭粉末以及沉淀剂粉末均匀混合，混合均匀后的修复剂，各组分的更容易产生联动效果，可以更好地起到重金属污染修复效果。
23.沉淀剂为氢氧化镁粉末，氢氧化镁粉末与铅离子以及镉离子在水液中反应，生成氢氧化铅以及氢氧化镉沉淀，从而减少铅离子或镉离子在土壤中的活性，同时由于生成了重金属沉淀，在一定程度上加快了竹炭以及云母矿渣对重金属离子的吸收。
24.稳定剂为三氧化二铁粉末；三氧化二铁粉末为多孔介质，虽然孔隙较大，但在土壤环境中，性状稳定，对ph变化不敏感；在土壤ph变化时，三氧化二铁粉末可保持稳定的吸附重金属的状态，减少重金属离子的析出。
25.竹炭优选为三年及以上竹子的竹根碳化制成的活性炭；年份越长的竹子，其竹纤维越致密，因此，碳化后形成的孔径越小，重金属越难析出；竹子竹根的纤维最致密，竹竿次
之，枝叶最差，因此，优选竹根碳化，且竹根一般为废弃物，成本较低。
26.使用方法：如图1所示，将粗云母矿渣粉碎为细云母矿渣，将竹子碳化成竹炭并粉碎，云母矿渣粉末与稳定剂粉末、竹炭粉末以及沉淀剂粉末均匀混合，混合均匀后的修复剂，将修复剂进行包装，便于运输，之后，在种植农作物前(提前大约7-30天)，进行抛洒，就能起到良好的重金属土壤修复效果。
27.为了对有益效果进行验证，设置以下实施例与对比例，并进行实验：
28.实施例1
29.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣85％、三氧化二铁10％、竹炭4％、氢氧化镁1％。
30.实施例2
31.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣65％、三氧化二铁30％、竹炭4％、氢氧化镁1％。
32.实施例3
33.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣90％、三氧化二铁5％、竹炭4％、氢氧化镁1％。
34.实施例4
35.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣50％、三氧化二铁45％、竹炭4％、氢氧化镁1％。
36.实施例5
37.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣85％、三氧化二铁10％、竹炭3％、氢氧化镁2％。
38.实施例6
39.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：云母矿渣85％、三氧化二铁10％、竹炭4.9％、氢氧化镁0.1％。
40.对比例1
41.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：木炭(木材碳化而成的活性炭)98％、氢氧化镁2％。
42.对比例2
43.一种土壤重金属污染用修复剂，按照重量百分比包括：石膏矿粉48％、铝土矿粉48％、氢氧化镁2％。
44.试验方式：实施例1-6与对比例1-2分为8组，每组30个实验样本，将相同重量的每组修复剂投入土壤中，设置相同的风化分解环境，分别测试各组修复剂的平均风化分解时间(不包括沉淀剂与稳定剂的分解，其他组分的分解量达到50％)。
45.实施例1-6与对比例1-2的测试结果如下：
[0046][0047]
实施例1-6均在配方范围内，分解时间均较长，意味着吸附有效期长；对比例1采用木炭与氢氧化镁，木炭分解速度较快，吸附有效期短；对比例2采用石膏矿粉与铝土矿粉以及氢氧化镁，成本较高，且有效期长度的优势不大；因此，本发明成本较低、有效期长，且由于具有稳定剂稳定，且竹炭孔径较小，吸附后的重金属离子不容易析出。
[0048]
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围内。