一种土壤重金属固定剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土壤修复领域，具体地涉及一种土壤重金属固定剂及其制备方法和应 用。
【背景技术】
[0002] 重金属作为一种持久性污染物已越来越多地被关注和重视，土壤重金属污染是指 由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景含量。土壤重 金属固定化技术是一种治理重金属污染的有效方法，该技术通过加入重金属固定剂改变土 壤的理化性质，通过对重金属的吸附或共沉淀作用等改变重金属在土壤中的存在形态，从 而降低其生物有效性和迀移性，最终使土壤中的重金属达到被固定的效果。
[0003] 当今，生物质直接燃烧产能已进入大规模推广阶段，大规模的生物质燃烧，也相应 地产生了大量的生物质灰。生物质灰渣如何能够得到充分有效的利用，已成为当今社会面 临的主要问题之一。目前，生物质灰渣的农业利用主要包括：加工成复合肥料和作为土壤改 良剂两种方式，其对土壤酸碱度及重金属的形态变化均具有一定的影响。但是，单纯的生物 质电厂灰对重金属的吸附固定效果十分有限。
[0004] 因此，本领域急需开发一种新型的可高效吸附固定土壤重金属的固定剂。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种新型的可高效吸附固定土壤重金属的固定剂。
[0006] 本发明的第一方面，提供了一种土壤重金属固定剂，所述固定剂为组分A和组分B 复合而成的复合物，其中，组分A为生物质电厂灰粒子，组分B为选自下组的物质：海藻酸、 海藻酸盐、或其组合。
[0007] 在另一优选例中，所述土壤重金属选自下组：铜、镉、汞、铅、铬、或其组合。
[0008] 在另一优选例中，按所述复合物的总重量计，所述生物质电厂灰粒子的含量为 50-95wt% ;和 / 或
[0009] 所述组分B的含量为5_50wt%。
[0010] 在另一优选例中，按所述复合物的总重量计，所述生物质电厂灰粒子的含量为 60-92wt%，较佳地为 70-88wt%，更佳地为 75 - 85wt%。
[0011] 在另一优选例中，按所述复合物的总重量计，所述组分B的含量为8-40wt%，较佳 地为12-30wt%，更佳地为15-25wt%。
[0012] 在另一优选例中，所述复合物中，所述生物质电厂灰粒子和所述组分B的重量比 为1-20,较佳地为2-15,更佳地为3-12。
[0013] 在另一优选例中，所述生物质电厂灰粒子具有晶体结构。
[0014] 在另一优选例中，所述生物质电厂灰粒子含有二氧化硅和碳酸钙。
[0015] 在另一优选例中，所述生物质电厂灰粒子中碳酸钙的含量为10 - 30wt%，较佳地 为 12 - 25wt%，更佳地为 15 - 20wt%。
[0016] 在另一优选例中，所述生物质电厂灰粒子的粒径为0.01-100ym，较佳地为 0? 1-80ym，更佳地为 0? 5-50ym，最佳地为 1-30ym。
[0017] 在另一优选例中，所述组分B具有非晶体结构。
[0018] 在另一优选例中，所述复合为化学键合。
[0019] 在另一优选例中，所述海藻酸盐选自下组：海藻酸的金属盐、海藻酸的非金属盐、 海藻酸衍生物、或其组合。
[0020] 在另一优选例中，所述海藻酸的金属盐选自下组：海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸镁、 海藻酸钙、海藻酸汞、海藻酸铝、海藻酸铁、海藻酸铬、海藻酸锰、或其组合。
[0021] 在另一优选例中，所述海藻酸的金属盐选自下组：海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸镁、 或其组合。
[0022] 在另一优选例中，所述海藻酸的非金属盐为海藻酸铵。
[0023] 在另一优选例中，所述海藻酸衍生物选自下组：海藻酸丙二醇酯、海藻酸醋酸酯、 海藻酸硫酸酯、海藻酸羧甲基酯、海藻酸亚烃基二醇酯、海藻酸2-羟基乙酯、或其组合。
[0024] 在另一优选例中，所述组分B的平均分子量为3000-300000,较佳地为5000 - 150000,更佳地为 8000 - 80000。
[0025] 在另一优选例中，所述复合物中，所述生物质电厂灰粒子被所述组分B包覆。
[0026]在另一优选例中，所述组分B对所述生物质电厂灰粒子的包覆率为50 - 100 %，较 佳地为65-98 %，更佳地为75-95 %。
[0027] 在另一优选例中，所述组分B呈纤维状。
[0028] 在另一优选例中，所述固定剂为碱性物质。
[0029] 在另一优选例中，所述"碱性物质"是指将lg所述固定剂溶于100ml水中，所得溶 液的pH为9. 5 - 12. 5,较佳地为10 - 12,更佳地为10. 5 - 11. 5。
[0030] 在另一优选例中，所述固定剂具有选自下组的一个或多个特征：
[0031] a)lg所述固定剂对溶液中Cu2+的最大吸附量多25mg/g;
[0032] 在另一优选例中，lg所述固定剂对溶液中Cu2+的最大吸附量多28mg/g，较佳地 彡30mg/g，更佳地彡31mg/g。
[0033] b)lg所述固定剂对溶液中Cd2+的最大吸附量多25mg/g;
[0034] 在另一优选例中，lg所述固定剂对溶液中Cd2+的最大吸附量多27mg/g，较佳地 彡28mg/g，更佳地彡29mg/g。
[0035] c)lg所述固定剂对土壤中可交换态铜的最大吸附量多1. 5mg/g;
[0036] 在另一优选例中，lg所述固定剂对土壤中可交换态铜的最大吸附量多1. 8mg/g， 较佳地多2mg/g，更佳地多2. 3mg/g。
[0037] d)lg所述固定剂对土壤中有效态铜的最大吸附量多1. 4mg/g。
[0038] 在另一优选例中，lg所述固定剂对土壤中有效态铜的最大吸附量多2mg/g，较佳 地彡3mg/g，更佳地多3. 3mg/g。
[0039] 在另一优选例中，lg所述固定剂对土壤中可交换态镉的最大吸附量多0.016mg/ g°
[0040] 在另一优选例中，lg所述固定剂对土壤中有效态锦的最大吸附量多0. 01mg/g。
[0041] 在另一优选例中，所述固定剂是采用本发明第二方面所述的方法制备的。
[0042] 本发明的第二方面，提供了一种本发明第一方面所述的固定剂的制备方法，包括 如下步骤：
[0043] 1)提供组分A、组分B和碱液，其中，
[0044] 组分A为生物质电厂灰粒子；
[0045] 组分B为选自下组的物质：海藻酸、海藻酸盐、或其组合；
[0046] 且所述碱液包含第一溶剂和溶于所述第一溶剂中的碱性物质；
[0047] 2)在搅拌条件下，将所述生物质电厂灰粒子加入所述碱液中，得到第一混合液；
[0048] 3)在搅拌条件下，加热步骤2)所得第一混合液至第一热处理温度，在所述第一热 处理温度下将所述组分B添加到所述第一混合液中，得到第二混合液；
[0049] 4)在搅拌条件下，在所述第一热处理温度下热处理步骤3)所得第二混合液，得到 本发明第一方面所述的固定剂。
[0050] 在另一优选例中，在步骤1)之前还包括如下步骤：对所述生物质电厂灰粒子进行 研磨预处理。
[0051] 在另一优选例中，所述生物质电厂灰粒子和组分B如本发明第一方面所述。
[0052] 在另一优选例中，所述第一溶剂选自下组：水、乙醇、或其组合。
[0053] 在另一优选例中，所述碱性物质选自下组：氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、 氨水、或其组合。
[0054] 在另一优选例中，步骤2)所述搅拌的搅拌时间为5-120min，较佳地为10-60min。
[0055] 在另一优选例中，在步骤2)之后还包括如下步骤：超声处理步骤2)所得第一混合 液。
[0056] 在另一优选例中，所述超声处理的时间为l_60min，较佳地为5_30min。
[0057] 在另一优选例中，所述第一热处理温度为15_150°C，较佳地为25-110°C，更佳地 为 40-90 °C。
[0058] 在另一优选例中，步骤4)所述热处理的热处理时间为0. 5-10小时，较佳地为1-6 小时。
[0059] 在另一优选例中，在步骤4)之后还包括如下步骤：过滤和/或水洗和/或干燥步 骤4)所得产物，制得本发明第一方面所述的固定剂。
[0060] 在另一优选例中，所述干燥的干燥温度为30-100°C，较佳地为35-70°C。
[0061] 在另一优选例中，在步骤3)所述第二混合液中，所述生物质电厂灰、所述碱性物 质和所述海藻酸钠的含量比为：l_50g:0? 005-lmol:0?l-20g。
[0062] 在另一优选例中，在步骤3)所述第二混合液中，所述生物质电厂灰、所述碱 性物质和所述海藻酸钠的含量比为3-30g:0. 01-0. 8mol:0. 5-10g，较佳地为8-25g: 0? 01-0. 5mol:0? 8-5g，更佳地为 10-20g:0? 01-0. 2mol:l-3g。
[0063] 本发明的第三方面，提供了一种本发明第一方面所述的固定剂的用途，用于固定 土壤中重金属。
[0064] 在另一优选例中，当用于固定土壤中重金属时，所述固定剂的使用量为待处理土 壤总重量的l-l〇wt%，较佳地为3_8wt%，更佳地为4_6w