一種鉛污染土壤修復(fù)材料的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉛污染土壤修復(fù)材料的制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛是自然界中分布很廣的一種元素，廣泛應(yīng)用于蓄電池、汽油防爆劑、建筑材料、復(fù)合材料(如改性塑料中作為鉛鹽穩(wěn)定劑)等工業(yè)領(lǐng)域中。過去50年間，排放到全球環(huán)境中的鉛約有78.3萬噸，且大部分進(jìn)入土壤環(huán)境中，導(dǎo)致不同程度的土壤鉛污染。我國2011年出臺的《重金屬污染防治“十二五”規(guī)劃》，明確將鉛列為重金屬污染防治重點(diǎn)之一。我國24個省(市)城郊、污灌區(qū)和礦區(qū)等工業(yè)發(fā)展較快地區(qū)中，重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品約占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總量的80%以上。據(jù)統(tǒng)計，我國大中城市郊區(qū)蔬菜、糧食和畜產(chǎn)品中鉛的超標(biāo)率分別為38.6%,28.0%和71.1%，嚴(yán)重危害人體健康，特別是對兒童的危害最大，近年來屢屢見諸報端的兒童血鉛事件無不與土壤或水體中所含有的超標(biāo)鉛有關(guān)。土壤重金屬污染已成為當(dāng)前亟需解決的環(huán)境問題。
[0003]目前，重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要分為兩類:原位修復(fù)和異位修復(fù)。其中異位修復(fù)由于高成本和工程量大等特點(diǎn)只適用于小面積、突發(fā)性重度污染土壤。原位修復(fù)主要包括:物理修復(fù)、生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)等。化學(xué)修復(fù)法通過選擇合適的土壤改良劑，對重金屬進(jìn)行吸附、氧化還原、沉淀等降低重金屬的生物有效性，由于操作方便和治理快速的特性，使其成為近年來污染土壤修復(fù)的研究熱點(diǎn)。
[0004]目前，常用的化學(xué)改良劑有:堿性改良劑，如磷灰石、石灰、赤泥、碳酸鈣等；無機(jī)改良劑，如粘土礦物，海泡石、沸石等；有機(jī)質(zhì)如泥炭；環(huán)境材料，如煤基營養(yǎng)材料、尚分子保水材料及吸附性礦物材料等(Metka Udovic, Damjana Drobne, Domen Lestan.Anin vivo invertebrate b1assay of Pb, Zn and Cd stabilizat1n in contaminatedsoil.Chemosphere, 2013, 92: 1105 - 1110 ； Yueying Fang, Xinde Cao, Ling Zha0.Effects of phosphorus amendments and plant growth on the mobility of Pb, Cu,and Zn in a mult1-metal-contaminated soil.Environmental Science and Pollut1nResearch, 2012, 19: 1659 - 1667 ;雷鳴，曾敏，胡立瓊，等.不同含磷物質(zhì)對重金屬污染土壤-水稻系統(tǒng)中重金屬迀移的影響.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2014，34 (6):1527-1533 ;王冬柏，朱健，王平，等.環(huán)境材料原位固定修復(fù)土壤重金屬污染研究進(jìn)展.中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30(8):181-185.)。納米羥基磷灰石(nHAP)具有比表面積大，離子交換能力強(qiáng)，高穩(wěn)定性，對重金屬鈍化效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)。納米羥基磷灰石對土壤鉛的固化機(jī)制主要是通過沉淀一溶解作用，生成溶解度較低的磷氯鉛礦，從而降低鉛的生物利用率。錢翌等(錢翌，褚興飛.納米羥基磷灰石修復(fù)鎘鉛污染土壤的效果評價.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34 (11):176- 179)采用Tessier五步連續(xù)浸提法研究nHAP對鎘鉛污染土壤的修復(fù)效果，表明5%的nHAP可使土壤中有效態(tài)鉛含量降低90% ；Mao He等(Mao He,Hui Shi, Xinyue Zhao, et al.1mmobilizat1n of Pb and Cd in contaminated soilusing nanocrystallite Hydroxyapatite.Procedia Environmental Sciences, 2013,18: 657 - 665)研究指出，當(dāng)nHAP投加量為5:1的P/(Pb+Cd)時，土壤中水溶態(tài)鉛減少了72%，生物利用率降低了 65.3%。納米羥基磷灰石在土壤鉛污染修復(fù)中效果顯著，但可能會對土壤帶來一定環(huán)境風(fēng)險，如使土壤有機(jī)質(zhì)含量降低、營養(yǎng)元素失衡等。因此，尋找高效的組合劑，在修復(fù)重金屬污染的同時，改善土壤的理化性質(zhì)是今后的研究熱點(diǎn)。
[0005]生物炭是富含碳的生物質(zhì)通過熱裂解的方法，在缺氧或少氧的條件下制成的一種富有孔隙結(jié)構(gòu)、含碳量高的炭化物質(zhì)。生物炭制備原材料來源廣泛，農(nóng)林業(yè)廢棄物(如木材、秸桿、果殼)以及工業(yè)和城市生活中產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物(如垃圾、污泥)都可以作為原料。生物炭具有較大的比表面積、高pH值、較多的表面官能團(tuán)和微孔結(jié)構(gòu)，對養(yǎng)分保持、水土利用、土壤結(jié)構(gòu)、重金屬和有機(jī)污染物生物有效性都產(chǎn)生重要影響。大量研究結(jié)果表明，生物炭在土壤養(yǎng)分保持、土壤理化性質(zhì)改善和土壤重金屬污染修復(fù)中均表現(xiàn)出積極的效果，有望發(fā)展成為有效的重金屬改良劑。生物炭對重金屬的固化機(jī)理主要是提高土壤PH值，與重金屬離子發(fā)生沉淀、絡(luò)合作用，對重金屬的吸附作用(Jiang Tianyu, Jiang Jun,Xu Renkou, et al.Adsorpt1n of Pb ( II ) on variable charge soils amended withrice-straw derived b1char.Chemosphere, 2012, 89(3):249-256 ;Zhang ffeihua, MaoShengyao, Chen Hao, et al.Pb ( II ) and Cr ( VI) sorpt1n by b1chars pyrolyzedfrom the municipal wastewater sludge under different heating condit1ns.B1resour Technol, 2013, 147:545-552 ；Mendez A, Gomez A, Paz -Ferreiro J,et al.Effects of sewage sludge b1char on plant metal availability afterapplicat1n to a Mediterranean soil.Chemosphere, 2012, 89 (11): 1354-1359 ；Park J H, Choppala G, Lee Seul Ji, et al.Comparative sorpt1n of Pb and Cd byb1chars and its implicat1n for metal immobilizat1n in soils.Water Air SoilPollut, 2013，224:1711-1722.)。
[0006]鑒于我國土壤鉛污染的嚴(yán)重性，亟需開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用的治理技術(shù)來修復(fù)鉛污染土壤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種鉛污染土壤修復(fù)材料的制備方法及應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種鉛污染土壤修復(fù)材料的制備方法，步驟為:
1)浸漬:將納米羥基磷灰石分散在水中，超聲，加入氯化鉀，再加入農(nóng)業(yè)廢棄物，攪拌均勻，分離，干燥；
2)熱解:將干燥后的材料在保護(hù)氣氛下熱解，得到黑色固體，研磨即可。
[0009]所述的納米羥基磷灰石、農(nóng)業(yè)廢棄物、氯化鉀的質(zhì)量比為1: (5~20): (0.01-0.04)。
[0010]超聲30min-lh。
[0011]步驟2)具體為:將干燥后的材料放入坩禍中，置于有保護(hù)氣氛的馬弗爐中，以15?25°C /min升溫至500~700°C，在該溫度下繼續(xù)熱解l~3h，馬弗爐降溫至室溫，取出黑色固體，研磨即可。
[0012]所述的農(nóng)業(yè)廢棄物為甘蔗渣。
[0013]—種生物炭的制備方法，包括如下步驟: 1)干燥:將農(nóng)業(yè)廢棄物破碎后，干燥；
2)熱解:將干燥后的農(nóng)業(yè)廢棄物在保護(hù)氣氛下熱解，研磨，過篩即可。
[0014]步驟2)具體為:將干燥后的農(nóng)業(yè)廢棄物放入坩禍中，置于有保護(hù)氣氛的馬弗爐中，以15?25°C /min升溫至500~700°C，在該溫度下繼續(xù)熱解l~3h，馬弗爐降溫至室溫，取出黑色固體，研磨，過篩即可。
[0015]所述的農(nóng)業(yè)廢棄物為甘蔗渣。
[0016]制備的鉛污染土壤修復(fù)材料在鉛污染土壤原位修復(fù)中的應(yīng)用。
[0017]鉛污染土壤的原位修復(fù)方法:將制備的鉛污染土壤修復(fù)材料投加到土壤中，再加水，混合均勻。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明制備的修復(fù)材料可用于鉛污染土壤的原位修復(fù)，修復(fù)效率高。
[0019]具體來說:
(I)本發(fā)明制備的生物炭具有比表面積大，PH值高，微孔結(jié)構(gòu)豐富等特性，納米羥基磷灰石與甘蔗渣浸漬熱解而成的修復(fù)材料，既能提高對土壤鉛的固化效果，又可以避免納米羥基磷灰石對土壤造成的環(huán)境風(fēng)險，提高土壤肥力。
[0020](2)本發(fā)明制備的修復(fù)材料中引入了氯化鉀，既可以為土壤鉛形成高穩(wěn)定性的磷氯鉛礦提供Cl，又能增加土壤鉀素，改善土壤肥力。
[0021](3)該修復(fù)技術(shù)適合于原位修復(fù)，材料制備方法簡單。
[0022](4)本發(fā)明所述生物炭是利用廢棄物甘蔗渣制備而成的，材料制備成本低，有利于資源的回收利用，變廢為寶。
[0023](5)本發(fā)明所述修復(fù)材料可用于較高濃度鉛污染土壤的修復(fù)，修復(fù)效率高。
【附圖說明】
[0024]圖1是實(shí)施例1制備的生物炭的SEM圖像。
[0025]圖2是實(shí)施例4材料流動性比較；
圖3是實(shí)施例5不同時間下材料對土壤中鉛的固化效果；
圖4是實(shí)施例6不同投加量的生物炭對鉛的固化效果；
圖5是實(shí)施例6不同投加量的nHAP、復(fù)合材料對鉛的固化效果；
圖6是實(shí)施例6 nHAP和復(fù)合材料的單位固鉛量的比較。
【具體實(shí)施方式】
[0026]—種鉛污染土壤修復(fù)材料的制備方法，步驟為:
1)浸漬:將納米羥基磷灰石分散在水中，超聲，加入氯化鉀，再加入農(nóng)業(yè)廢棄物，攪拌均勻，分離，干燥；
2)熱解:將干燥后的材料在保護(hù)氣氛下熱解，得到黑色固體，研磨即可。
[0027]優(yōu)選的，所述的農(nóng)業(yè)廢棄物為甘蔗渣。
[0028]優(yōu)選的，所述的納米羥基磷灰石、甘蔗渣、氯化鉀的質(zhì)量比為1: (5-20):(0.01