一种土壤重金属固定剂及其制备方法和应用_2

文档序号:9391534阅读:来源:国知局
t%。
[0065] 在另一优选例中,使用所述固定剂固定土壤中重金属时,需同时添加待处理土壤 总重量5-50wt%的水,较佳地8-40wt%,更佳地10-35wt%。
[0066] 在另一优选例中,所述固定的固定处理时间至少为7天,较佳地15天,更佳地30 天。
[0067] 本发明的第四方面,提供了一种制品,所述制品含有本发明第一方面所述的固定 剂或由本发明第一方面所述的固定剂组成。
[0068] 应理解,在本发明范围内中,本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具 体描述的各技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅,在 此不再一一累述。
【附图说明】
[0069] 图1是实施例1所得固定剂1的XRD图谱。
[0070] 图2是实施例1所得固定剂1的TEM图。
[0071] 图3是实施例1所得固定剂1的FT-IR图谱。
[0072] 图4是实施例5所得固定剂5的XRD图谱。
[0073] 图5是实施例5所得固定剂5的TEM图。
[0074] 图6是实施例5所得固定剂5的FT-IR图谱。
【具体实施方式】
[0075] 本发明人经过长期而深入的研究,意外地发现在碱性环境下使用海藻酸钠改性生 物质电厂灰,可制得一种可高效吸附土壤重金属的固定剂。所述固定剂的制法具有工艺简 单、成本低、便于实施和大规模推广的特点,使用所述固定剂可高效持久固定土壤中重金 属。在此基础上,发明人完成了本发明。
[0076] 术语
[0077] 如本文所用,术语"生物质电厂灰粒子"、"生物质电厂灰"或者"生物质灰"可互换 使用,均指生物质火电厂燃烧生物质燃料后的固体废弃物,所述生物质燃料包括农业生物 质(如稻草、稻壳及麦稻等农作物收获后的残留物)和森林生物质(如木肩、树皮、树林剪 枝木和木块)等。
[0078] 如本文所用,术语"固定剂"、"修复剂"或者"土壤重金属固定剂"可互换使用,均 指组分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。
[0079] 如本文所用,术语"可交换态"是指如下限定的内容:Tessier等提出的五步连续 提取法,是传统评价土壤重金属毒性的重要评价方法之一,该法详细划分了金属元素各种 不同结合形态的分布,该方法将重金属分为5种结合形态:即金属可交换态(可交换态)、 碳酸盐结合态(碳酸盐态)、铁(锰)氧化物结合态(铁/锰态)、有机质及硫化物结合态 (有机态)、残渣晶格结合态(残渣态)。可交换态的一种测定方法包括提取步骤:准确称 取2g土样,小心装入带盖100mL硬质塑料圆底离心管中,加入16mLlmol/L的MgCl^液, pH= 7. 0,25°C下连续震荡lh,离心20min,取出上层清液定容至25mL容量瓶中ICP-AES测 定离子浓度。
[0080] 如本文所用,术语"有效态"是指如下限定的内容:土壤中的大量营养元素和微量 营养元素,凡能够被植物直接吸收利用的部分就称之为有效态。一般主要是指提取的水溶 态和交换态等大量元素和微量元素,利用提取剂的离子交换、溶解(酸溶或碱溶)和螯合等 作用来进行提取。目前,有效态提取的方法有多种,国内外并没有统一方法(不同方法提取 出的量均有一定差别),TCLP毒性特征沥滤方法为美国最新的法定重金属污染评价方法, 其是国际上应用最广泛的一种生态风险评价方法。TCLP法是根据土壤酸碱度和缓冲量的不 同而制定出的2种不同pH的缓冲液作为提取液,因此当土壤pH小于5时,加入试剂1 (5. 7mL 冰醋酸于500mL蒸馏水中,再加入64. 3mLlmol/LNaOH,用蒸馏水定容至1L,保证试剂lpH 值在4. 93±0. 05);当土壤pH大于5时,加入试剂2 (5. 7mL冰醋酸于蒸馏水中,定容至1L, 保证试剂2的pH值在2. 88 ±0. 05),缓冲液的pH用lmol/L的HN03和lmol/LNaOH来调 节,缓冲液的用量是土的20倍,即水土比为20:1。以(30±2)r/min的速度在常温下振荡 (18±2)h,离心,过滤,再用lmol/L的HN03调节提取液pH至2以长时间保存。待测液中重 金属浓度用ICP-AES测定。
[0081] 固定剂
[0082] 通常,由于海藻酸钠可溶于水且溶于水后溶液粘稠,其与重金属离子反应后在大 分子间形成交联键,形成凝胶,使得无法进行ICP等一系列测定,故单独的海藻酸钠不适合 用于固定重金属。
[0083] 此外,在不使用碱液预处理生物质电厂灰的情况下,简单地将生物质电厂灰与海 藻酸钠混合时,随着生物质电厂灰的加入所得溶液会变的十分粘稠,最后形成凝胶,无法搅 拌也无法分离过滤。上述结果表明,简单的将生物质电厂灰与海藻酸钠混合是无法制得土 壤重金属固定剂的。
[0084] 本发明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。
[0085] 代表性地,所述土壤重金属包括(但并不限于):铜、镉、汞、铅、铬、或其组合。
[0086] 在本发明中,所述生物质电厂灰粒子和所述组分B没有特别限制,可根据实际需 要在很大范围内进行变化。
[0087] 在本发明中,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
[0088] 所述组分B的含量为5_50wt%。
[0089] 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%。
[0090]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%。
[0091] 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。
[0092] 在另一优选例中,所述生物质电厂灰粒子具有晶体结构。
[0093] 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。
[0094]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%。
[0095] 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。
[0096] 在另一优选例中,所述组分B具有非晶体结构。
[0097] 在另一优选例中,所述复合为化学键合(可为离子键合或共价键合)。
[0098] 在本发明中,所述海藻酸盐包括(但并不限于):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。
[0099] 代表性地,所述海藻酸的金属盐包括(但并不限于):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。
[0100] 代表性地,所述海藻酸的金属盐包括(但并不限于):海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸 镁、或其组合。
[0101] 典型地,所述海藻酸的非金属盐为海藻酸铵。
[0102] 代表性地,所述海藻酸衍生物包括(但并不限于):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。
[0103] 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。
[0104] 在本发明中,所述复合物中,所述生物质电厂灰粒子被所述组分B包覆。
[0105]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 %。
[0106] 在另一优选例中,所述组分B呈纤维状。
[0107] 在本发明中,由于所述固定剂为碱性物质,这使得所述固定剂可与重金属反应形 成氢氧化物沉淀,从而将所述重金属固定于所述固定剂中。
[0108] 在本发明中,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。
[0109] 在本发明中,所述固定剂具有选自下组的一个或多个特征:
[0110] a)lg所述固定剂对溶液中Cu2+的最大吸附量多25mg/g;
[0111] 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。
[0112] b)lg所述固定剂对溶液中Cd2+的最大吸附量彡25mg/g;
[0113] 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。
[0114] 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;
[0115] 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。
[0116] d)lg所述固定剂对土壤中有效态铜的最
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