一種農(nóng)田土壤重金屬永久去除的原位修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種農(nóng)田 土壤重金屬永久去除的原位修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤是地球表層系統(tǒng)最活躍的圈層，是人類賴以生存和發(fā)展的基石，是保障人類 食物與生態(tài)環(huán)境安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著工業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，土壤中的重金 屬污染已經(jīng)成為一個危害全球環(huán)境質(zhì)量的主要問題之一。重金屬元素是一種潛在的污染 物，很難被土壤微生物降解，一旦進(jìn)入到土壤中，治理起來十分困難。土壤重金屬污染主要 來源于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸。它們不僅會導(dǎo)致土壤生命力下降而使糧食減產(chǎn)，而 且能夠在植物和動力體內(nèi)積累并進(jìn)入食物鏈，危害人類健康。更為嚴(yán)重的是，這些污染具有 長期性、隱蔽性和不可逆性等特點(diǎn)。2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》及2015年《中國 耕地地球化學(xué)調(diào)查報(bào)告》調(diào)查結(jié)果顯示，8%以上的農(nóng)田土壤受到不同程度的重金屬污染， 而土壤中重金屬的有效剝離去除修復(fù)技術(shù)一直是個世界性的技術(shù)難題。目前國內(nèi)外土壤重 金屬修復(fù)技術(shù)主要為異位修復(fù)、穩(wěn)定化處理和熱處理等。土壤異位修復(fù)成本高昂，土壤熱處 理、化學(xué)淋洗及穩(wěn)定化技術(shù)導(dǎo)致土壤喪失本具的生態(tài)功能，土壤植物修復(fù)技術(shù)的植物處置 等諸多問題制約著重金屬污染土壤的修復(fù)進(jìn)程。上述技術(shù)無疑是土壤修復(fù)的"姑息療法"， 之所以采取這些技術(shù)的原因在于土壤中重金屬永久去除是土壤修復(fù)的技術(shù)瓶頸和需要突 破的難題。經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)可靠、不影響糧食生產(chǎn)、不破壞耕地質(zhì)量的重金屬永久去除土壤 原位修復(fù)技術(shù)是政府、農(nóng)場主和廣大民眾的迫切需求。
[0003] 目前有關(guān)能夠永久去除農(nóng)田土壤中重金屬且不破壞土壤結(jié)構(gòu)肥力的技術(shù)專利還 較少。公開號為CN103752597A的中國專利公開了一種利用固定劑增效熱處理土壤中重 金屬的方法，該方法固定效率高，適用于工廠企業(yè)搬迀地重金屬污染土壤的修復(fù)，但該方 法的高溫?zé)崽幚硇枰妮^多的能源，處理過程中易產(chǎn)生二次污染，重金屬會重新?lián)]發(fā)出 來。公開號為CN102657926A的中國專利公開了一種重金屬常溫固化劑及使用其固化重 金屬污染物中重金屬的方法，該重金屬常溫固化劑按重量百分比由以下組分組成：氧化鎂 30. 0% -40. 0%，磷酸二氫鉀 55. 0% -65. 0%，硼砂 3. 5% -5. 0%，氧化鐵 0· 1% -0· 5%，二 氧化硅0. 1% -0.54%，該常溫固化劑的固化效果好，成本低，操作過程簡單易行，但這種方 法是以添加穩(wěn)定劑后，形成不溶或微溶的重金屬沉淀形式存在，外部環(huán)境發(fā)生變化時，重金 屬離子容易反溶。公開號為CN104959379A的中國專利公開了一種修復(fù)重金屬污染土壤的 方法，在土壤中種植修復(fù)植物以及對土壤施加修復(fù)生物制劑，該方法成本低廉，實(shí)施簡單， 實(shí)用性強(qiáng)，可同時進(jìn)行多種污染混合化合物的處理，對環(huán)境安全，且不留二次污染和任何環(huán) 境隱患，修復(fù)過程中產(chǎn)生大量生物量可作為動物飼料和生物質(zhì)能源，使土壤修復(fù)過程經(jīng)濟(jì) 可持續(xù)。但是該方法中所述的修復(fù)植物為一年生作物，周期較長，修復(fù)時間相對較為緩慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種易于大規(guī)模應(yīng)用、低成本、機(jī)械 強(qiáng)度高、易從土壤翻耕篩分回收的農(nóng)田土壤重金屬永久去除的原位修復(fù)方法，本方法不影 響農(nóng)田正常耕作，實(shí)現(xiàn)了種植的土壤原位修復(fù)，改善了土壤的透氣性，永久性去除土壤中鎘 等重金屬污染，修復(fù)土壤達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明的一種農(nóng)田土壤重金屬永久去除的原位修復(fù)方法，它包括以下步驟：
[0007] (1)多孔載體材料的制備，具體步驟為：
[0008] (a)將凹凸棒放置在容器中，然后在容器中加入摩爾濃度為2-4mol/L的硫酸，其 中硫酸：凹凸棒的比例為4ml:lg-6ml:lg;
[0009] (b)將上述浸泡于硫酸中的凹凸棒在18-25°C下放置60-120min;
[0010] (c)將上述經(jīng)酸化后的凹凸棒用蒸餾水淋洗至pH為6-8 ;
[0011] (d)將上述混合物抽濾，并將抽濾得到的固體烘干；
[0012] (e)將干燥后的凹凸棒研磨并過150目篩，得到的篩下物為多孔載體材料；
[0013] (2)改性復(fù)合材料的制備，具體步驟為：
[0014] (a)稱取步驟（1)中制得的多孔載體材料投入甲苯溶劑中，制得多孔載體材料甲 苯溶液，其中甲苯：多孔載體材料的比例為20ml:lg-40ml:lg;
[0015] (b)在制得的多孔載體材料甲苯溶液中逐滴加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷 (TPDA)，然后于80-120°C下反應(yīng)12-24h，制得胺基改性多孔載體材料；所述的二乙烯三胺 基丙基三甲氧基硅烷與多孔載體材料的重量比為1:5-3:5;
[0016] (c)將所述的胺基改性多孔載體材料進(jìn)行離心分離得到固體，將固體用甲苯洗滌 除掉未反應(yīng)的二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷；
[0017] (d)將洗滌后的固體置于60_80°C真空干燥箱中干燥18_24h，得到改性復(fù)合材料。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0019] (1)制備多孔載體材料的原料來源廣泛，儲量豐富，與現(xiàn)有技術(shù)相比，大大降低了 成本。
[0020] (2)該多孔載體材料具有性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，載體材料的孔徑 大小和分布可調(diào)控。
[0021] (3)改性復(fù)合材料對多種重金屬具有很強(qiáng)的吸附能力，不對土壤造成破壞，還可有 效地改良土壤的物理性質(zhì)，特別是增加土壤的保水性和透氣性。
[0022] (4)復(fù)合材料穩(wěn)定性好，在土壤修復(fù)應(yīng)用中不容易流失，使用壽命2年以上，可通 過土壤翻耕、篩分等方式回收處理吸附飽和的復(fù)合材料。
[0023] (5)復(fù)合材料可和有機(jī)肥料混合后施加至土壤中，無需翻動土壤，原位修復(fù)重金屬 污染，還能有效的固肥節(jié)肥。
[0024] (6)復(fù)合材料適用性廣，對酸堿性土壤均有良好的吸附效果，且重金屬被后不會反 溶，造成二次污染和環(huán)境隱患，實(shí)現(xiàn)重金屬的永久去除。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明一種農(nóng)田土壤重金屬永久去除的原位修復(fù)方法中多孔載體材料的 制備流程簡圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的一種農(nóng)田土壤重金屬永久去除的原位修復(fù)方法的流程簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028] 本發(fā)明的一種農(nóng)田土壤重金屬永久去除的原位修復(fù)方法，它包括以下步驟：
[0029] (1)多孔載體材料的制備，它包括以下步驟：
[0030] (a)將凹凸棒放置在容器中，然后在容器中加入摩爾濃度為2-4mol/L的硫酸，其 中硫酸：凹凸棒的比例為4ml:lg-6ml:lg ;
[0031] (b)將上述浸泡于硫酸中的凹凸棒在18-25°C下放置60-120min;
[0032] (c)將上述經(jīng)酸化后的凹凸棒用蒸餾水淋洗至pH為6-8 ;
[0033] (d)將上述混合物抽濾，并將抽濾得到的固體烘干；
[0034] (e)將干燥后的凹凸棒研磨并過150目篩，得到的篩下物為多孔載體材料；
[0035] (2)改性復(fù)合材料的制備，它包括以下步驟：
[0036] (a)稱取步驟（1)中制得的多孔載體材料投入甲苯溶劑中，制得多孔載體材料甲 苯溶液，其中甲苯：多孔載體材料的比例為20ml:lg-40ml:lg;
[0037] (b)在制得的多孔載體材料甲苯溶液中逐滴加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷 (TPDA)，然后于80-120°C下反應(yīng)12-24h，制得胺基改性多孔載體材料；所述的二乙烯三胺 基丙基三甲氧基硅烷與多孔載體材料的重量比為1:5-3:5;
[0038] (c)將所述的胺基改性多孔載體材料進(jìn)行離心分離得到固體，將固體用甲苯洗滌 除掉未反應(yīng)的二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷；
[0039](d)將洗滌后的固體置于60_80°C真空干燥箱中干燥18_24h，得到改性復(fù)合材料。
[0040] 改性復(fù)合材料對重金屬離子的吸附能力大大提高，其原因在于：
[0041](1)具有有序多孔晶體結(jié)構(gòu)，孔數(shù)目增多，比表面積增大，吸附性能增強(qiáng)；
[0042] (2)由于具有吸附和配位雙重功能，胺基功能化復(fù)合材料對重金屬離子具有強(qiáng)的 吸附能力，并且隨著樣品表面胺基含量增加，吸附性增強(qiáng)；
[0043] (3)不受酸堿性影響，重金屬被吸附后不會反溶，造成二次污染和環(huán)境隱患，實(shí)現(xiàn) 重金屬的永久去除。
[0044] 實(shí)施例1
[0045] (1)制備多孔載體材料，具體步驟為：
[0046] (a)將凹凸棒放置在容器中，然后在容器中加入2mol/L硫酸，其中硫酸：