一種汞汙染土壤改良劑及其製備方法與流程

2024-04-04 16:31:05

本發明涉及土壤修復技術領域，具體是一種汞汙染土壤改良劑及其製備方法。

背景技術：

汞是一種人體非必需的有毒重金屬，普遍存在於環境中。據報導，我國每年因工農業生產向環境中排放汞達1.9×105噸，使得大面積耕地遭受汞汙染，汞進入土壤後，直接威脅農作物質量安全。按照連續化學浸提法，土壤中的汞可以分為溶解態和可交換態、特殊吸附態、鐵錳氧化態、有機結合態和殘渣態。作物對土壤中不同形態汞的吸收能力不一樣，一般情況下，溶解態和可交換態和特殊吸附態有效性高，易被植物吸收，而鐵錳氧化態和有機結合態具有潛在有效性，在土壤環境條件改變情況下能轉化為有效態然後被植物吸收，而殘渣態有效性最低，植物對其吸收能力相對較差。

汞汙染土壤修復技術主要包括穩定/固定化技術、化學鈍化技術、玻璃化技術、熱解技術、納米修復技術、土壤淋洗技術、電動修復技術、植物固定技術、植物提取技術和植物揮發技術等。其中，化學鈍化修復技術具有簡便、快速、高效等優點，是修復大面積重金屬汙染農田土壤的較好選擇；原位鈍化技術是通過加入對環境無害的物質，調節和改變重金屬在土壤中的理化性質，產生沉澱、吸附、離子交換和氧化還原等一系列反應，來減少重金屬的生物有效態含量，從而降低其在農作物中的積累。目前，化學鈍化技術已經廣泛應用於鎘、鉛和鋅等重金屬汙染土壤修復，常見鈍化材料有磷酸鹽類、粘土礦物類和氧化物類等。然而，現有的化學鈍化材料用於處理汞汙染時，均存在處理效率不高的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種處理效率高的汞汙染土壤改良劑及其製備方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種汞汙染土壤改良劑，按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜8-12份、球紋星球藻6-9份、透輝石25-30份、檫木14-18份；其中，密毛沙菜與球紋星球藻的質量比為4：3。

作為本發明進一步的方案：按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜9-11份、球紋星球藻6.75-8.25份、透輝石27-28份、檫木15-17份。

作為本發明進一步的方案：按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜10份、球紋星球藻7.5份、透輝石28份、檫木16份。

所述的汞汙染土壤改良劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)先將透輝石粉碎至20-40目後，再經超微粉碎至8-10μm，得到透輝石微粉；

(2)分別將檫木、密毛沙菜、球紋星球藻烘乾，粉碎至80-120目，得到檫木粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉；

(3)將檫木粉倒入其質量的5-6倍量的水中浸泡2-3h，接著加熱至67-70℃，在該溫度條件下，以功率為380-400W、頻率為36-38kHz的超聲波處理45-50min，過濾得到檫木提取液和檫木渣，檫木提取液經減壓濃縮至相對密度為1.14-1.16的檫木濃縮液，備用；

(4)將檫木渣置於460-475℃溫度下煅燒80-90min，得到炭化檫木渣；

(5)將檫木濃縮液與透輝石微粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉混合均勻，得到混合漿體；

(6)將炭化檫木渣浸泡在混合漿體中，在溫度為45℃、功率為220W的超聲波條件下包埋1h，烘乾，得到所述的汞汙染土壤改良劑。

所述的汞汙染土壤改良劑在製備重金屬汙染土壤修復劑方面的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明改良劑能顯著降低土壤中的有效態汞(溶解態與可交換態和特殊吸附態汞)和鐵錳氧化態汞含量，其中鐵錳氧化態汞含量的下降幅度較有效態汞的大，而有機結合態汞和殘渣態汞含量無顯著變化；本發明改良劑是在密毛沙菜、球紋星球藻、透輝石、檫木四種組分的協同作用下，才具有顯著降低土壤有效態和潛在有效態汞含量(鐵錳氧化態)的效果，單一的檫木或者密毛沙菜/球紋星球藻、透輝石、檫木的組合或者密毛沙菜、球紋星球藻、檫木的組合則基本沒有此效果。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例1

本發明實施例中，一種汞汙染土壤改良劑，按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜8份、球紋星球藻6份、透輝石30份、檫木18份。

所述的汞汙染土壤改良劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)先將透輝石粉碎至20目後，再經超微粉碎至8μm，得到透輝石微粉；

(2)分別將檫木、密毛沙菜、球紋星球藻烘乾，粉碎至80目，得到檫木粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉；

(3)將檫木粉倒入其質量的5倍量的水中浸泡2h，接著加熱至67℃，在該溫度條件下，以功率為380W、頻率為36kHz的超聲波處理45min，過濾得到檫木提取液和檫木渣，檫木提取液經減壓濃縮至相對密度為1.14的檫木濃縮液，備用；

(4)將檫木渣置於460℃溫度下煅燒80min，得到炭化檫木渣；

(5)將檫木濃縮液與透輝石微粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉混合均勻，得到混合漿體；

(6)將炭化檫木渣浸泡在混合漿體中，在溫度為45℃、功率為220W的超聲波條件下包埋1h，烘乾，得到所述的汞汙染土壤改良劑。

實施例2

本發明實施例中，一種汞汙染土壤改良劑，按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜12份、球紋星球藻9份、透輝石25份、檫木14份。

所述的汞汙染土壤改良劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)先將透輝石粉碎至40目後，再經超微粉碎至10μm，得到透輝石微粉；

(2)分別將檫木、密毛沙菜、球紋星球藻烘乾，粉碎至120目，得到檫木粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉；

(3)將檫木粉倒入其質量的6倍量的水中浸泡3h，接著加熱至70℃，在該溫度條件下，以功率為400W、頻率為38kHz的超聲波處理50min，過濾得到檫木提取液和檫木渣，檫木提取液經減壓濃縮至相對密度為1.16的檫木濃縮液，備用；

(4)將檫木渣置於475℃溫度下煅燒90min，得到炭化檫木渣；

(5)將檫木濃縮液與透輝石微粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉混合均勻，得到混合漿體；

(6)將炭化檫木渣浸泡在混合漿體中，在溫度為45℃、功率為220W的超聲波條件下包埋1h，烘乾，得到所述的汞汙染土壤改良劑。

實施例3

本發明實施例中，一種汞汙染土壤改良劑，按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜9份、球紋星球藻6.75份、透輝石28份、檫木17份。

所述的汞汙染土壤改良劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)先將透輝石粉碎至20目後，再經超微粉碎至10μm，得到透輝石微粉；

(2)分別將檫木、密毛沙菜、球紋星球藻烘乾，粉碎至80目，得到檫木粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉；

(3)將檫木粉倒入其質量的6倍量的水中浸泡2h，接著加熱至70℃，在該溫度條件下，以功率為380W、頻率為38kHz的超聲波處理45min，過濾得到檫木提取液和檫木渣，檫木提取液經減壓濃縮至相對密度為1.16的檫木濃縮液，備用；

(4)將檫木渣置於460℃溫度下煅燒90min，得到炭化檫木渣；

(5)將檫木濃縮液與透輝石微粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉混合均勻，得到混合漿體；

(6)將炭化檫木渣浸泡在混合漿體中，在溫度為45℃、功率為220W的超聲波條件下包埋1h，烘乾，得到所述的汞汙染土壤改良劑。

實施例4

本發明實施例中，一種汞汙染土壤改良劑，按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜11份、球紋星球藻8.25份、透輝石27份、檫木15份。

所述的汞汙染土壤改良劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)先將透輝石粉碎至40目後，再經超微粉碎至8μm，得到透輝石微粉；

(2)分別將檫木、密毛沙菜、球紋星球藻烘乾，粉碎至120目，得到檫木粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉；

(3)將檫木粉倒入其質量的5倍量的水中浸泡3h，接著加熱至67℃，在該溫度條件下，以功率為400W、頻率為36kHz的超聲波處理50min，過濾得到檫木提取液和檫木渣，檫木提取液經減壓濃縮至相對密度為1.14的檫木濃縮液，備用；

(4)將檫木渣置於475℃溫度下煅燒80min，得到炭化檫木渣；

(5)將檫木濃縮液與透輝石微粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉混合均勻，得到混合漿體；

(6)將炭化檫木渣浸泡在混合漿體中，在溫度為45℃、功率為220W的超聲波條件下包埋1h，烘乾，得到所述的汞汙染土壤改良劑。

實施例5

本發明實施例中，一種汞汙染土壤改良劑，按照質量份數計，由以下原料組成：密毛沙菜10份、球紋星球藻7.5份、透輝石28份、檫木16份。

所述的汞汙染土壤改良劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)先將透輝石粉碎至40目後，再經超微粉碎至10μm，得到透輝石微粉；

(2)分別將檫木、密毛沙菜、球紋星球藻烘乾，粉碎至120目，得到檫木粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉；

(3)將檫木粉倒入其質量的6倍量的水中浸泡2h，接著加熱至68℃，在該溫度條件下，以功率為390W、頻率為37kHz的超聲波處理48min，過濾得到檫木提取液和檫木渣，檫木提取液經減壓濃縮至相對密度為1.15的檫木濃縮液，備用；

(4)將檫木渣置於472℃溫度下煅燒86min，得到炭化檫木渣；

(5)將檫木濃縮液與透輝石微粉、密毛沙菜粉、球紋星球藻粉混合均勻，得到混合漿體；

(6)將炭化檫木渣浸泡在混合漿體中，在溫度為45℃、功率為220W的超聲波條件下包埋1h，烘乾，得到所述的汞汙染土壤改良劑。

對比例1

在實施例5的基礎上，以密毛沙菜取代球紋星球藻，其餘與實施例5完全相同。

對比例2

在實施例5的基礎上，以球紋星球藻取代密毛沙菜，其餘與實施例5完全相同。

對比例3

在實施例5的基礎上，刪除透輝石這一組分，其餘與實施例5完全相同。

對比例4

僅含有檫木這一組分，其餘與實施例5完全相同。

取受汞汙染的土壤樣品，利用連續化學浸提法測定了土壤中有效態汞(包括溶解態與可交換態和特殊吸附態)、鐵錳氧化態、有機結合態和殘渣態汞的含量。按照每1kg土壤樣品配20g改良劑的比例，分別將實施例1-5及對比例1-4製得的改良劑加入對應的土壤樣品中，充分混合均勻，置於一長方體形的容器中，其中土壤樣品與改良劑的鋪設厚度約20-25cm，靜置3天，即完成改良，再利用連續化學浸提法測定了改良后土壤中有效態汞(包括溶解態與可交換態和特殊吸附態)、鐵錳氧化態、有機結合態和殘渣態汞的含量。改良前后土壤中各種化學形態的汞含量如表1所示。

表1各例的改良劑對汞汙染土壤的改良情況

由表1的改良前后土壤中汞的形態變化特徵發現：本發明改良劑能顯著降低土壤中的有效態汞(溶解態與可交換態和特殊吸附態汞)和鐵錳氧化態汞含量，其中鐵錳氧化態汞含量的下降幅度較有效態汞的大，而有機結合態汞和殘渣態汞含量無顯著變化；對比實施例5和對比例1-4，可以看出，本發明改良劑中密毛沙菜、球紋星球藻、透輝石、檫木四種組分的復配方式能夠顯著降低土壤有效態和潛在有效態汞含量(鐵錳氧化態)，單一的檫木或者密毛沙菜/球紋星球藻、透輝石、檫木的組合或者密毛沙菜、球紋星球藻、檫木的組合則基本沒有此效果。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。