一種鎳汙染土壤修復劑及其製備方法與流程
2024-04-04 15:31:05
本發明涉及土壤修復技術領域，具體是一種鎳汙染土壤修復劑及其製備方法。
背景技術：
土壤是人類賴以生存的自然環境要素和農業生產的重要資源，它處於自然環境的中心位置，承載著環境中大約90％的來自各方面的汙染物。目前，全世界每年平均排放汞約1.5萬噸、錳1500萬噸、銅340萬噸、鉛500萬噸、鎳100萬噸，導致世界各國的農田土壤均存在不同程度的重金屬汙染。
鎳是植物體內脲酶的組成成分，與氮代謝有著密切關聯。可促進種子萌發，植物生長發育，增產，並與植物的抗毒性有關，增強植物抗病性。微量的鎳對植物有促進作用，過量就會對植物的生長產生抑制作用。植物對鎳很敏感，當營養液中鎳的濃度超過1mg/L，某些植物就會出現中毒症狀，表現為根系生長受阻，植株矮小、葉片捲曲、黃化，嚴重者出現斑點狀壞死，其組織上的表現是組織破裂、細胞硬化、葉綠素分解。
鎳是人體所必需的元素。它參與核酸和蛋白質的代謝，成人每日從飲食中攝入0.3-0.5mg的鎳，主要來源蔬菜和穀類。由於人對鎳需求量很低，一般不會出現缺鎳現象。相反若攝入量過多，則會導致癌變或其他疾病。人體若長期曝露在鎳汙染(冶金、電鍍、電焊等)環境中，可導致皮膚過敏，肺纖維化，腎和心血管系統病症和呼吸道癌以及誘發腫瘤惡化等。
目前，土壤中鎳的主要人為來源包括農業上施用汙泥和含鎳的磷肥，工業上冶煉、採礦等活動造成含鎳微塵的沉降，金屬電鍍、油脂加氫、染料、陶瓷、玻璃生產的廢棄物中含鎳及其氧化物。對於人類來說，食物是鎳的主要來源，因此，如何避免過量的鎳從農田土壤及灌溉水進入食物鏈已受到了環境科學工作者的廣泛關注。
目前，可供治理土壤重金屬鎳汙染的方法主要有理化修復法和生物修復法。理化修復法有客土(換土)法、沉澱法、淋洗法、電化法、磁化法。這些物理或化學方法各有其優點，但一般都存在處理效率不高、易造成二次汙染等問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種高效、無二次汙染的鎳汙染土壤修復劑及其製備方法。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種鎳汙染土壤修復劑，按照質量份數計，由以下原料組成：海泡石23-28份、柯氏裂絲藻5-8份、裸幹沙菜5-8份、改性薔薇輝石4-7份；其中，柯氏裂絲藻與裸幹沙菜的用量比為1：1；
所述的改性薔薇輝石的製備步驟為：將薔薇輝石超微粉碎至5-10μm，得到薔薇輝石粉；將薔薇輝石粉與其質量的1.8-2.3倍量的N-馬來醯化殼聚糖混合，分散於其質量之和的2-3倍量的體積濃度為92-95％的乙醇溶液，得到懸浮漿液；繼續以功率為200-220W、頻率為32-34kHz的超聲波處理懸浮漿液40-45min，經減壓濃縮除去乙醇、105-110℃溫度下乾燥2-3h，得到改性薔薇輝石。
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：海泡石24-26份、柯氏裂絲藻6-7份、裸幹沙菜6-7份、改性薔薇輝石5-6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：海泡石25份、柯氏裂絲藻6.5份、裸幹沙菜6.5份、改性薔薇輝石5份。
所述的鎳汙染土壤修復劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)分別將柯氏裂絲藻、裸幹沙菜粉碎，過180-200目篩，得柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉，備用；
(2)將海泡石置於480-500℃溫度下煅燒80-100min，得到煅燒海泡石；
(3)將煅燒海泡石加入其質量的4-5倍量的質量濃度為40-45％的右旋酒石酸水溶液中浸泡處理2.5-3.0h，取出，置於2-4℃溫度下密閉冷藏1h，得冷藏煅燒海泡石；
(4)將冷藏煅燒海泡石與柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉、改性薔薇輝石混合，加熱至85-90℃，以功率為350-360W、頻率為25-26kHz的超聲波處理35-40min，得半成品；
(5)將半成品置於105-110℃溫度下乾燥，得到所述的鎳汙染土壤修復劑。
所述的鎳汙染土壤修復劑在製備重金屬鎳汙染土壤修復用藥劑方面的應用。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明採用海泡石、柯氏裂絲藻、裸幹沙菜、改性薔薇輝石四種組分的復配方式，其中，柯氏裂絲藻與裸幹沙菜的用量比為1：1，製得一種能顯著降低土壤中浸出鎳的含量的土壤修復劑，該修復劑所用原料均是天然的、可生物降解的，因此，不存在對所修復土壤造成二次汙染的情況，值得大力推廣使用。
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，一種鎳汙染土壤修復劑，按照質量份數計，由以下原料組成：海泡石23份、柯氏裂絲藻8份、裸幹沙菜8份、改性薔薇輝石4份；改性薔薇輝石的製備步驟為：將薔薇輝石超微粉碎至5μm，得到薔薇輝石粉；將薔薇輝石粉與其質量的1.8倍量的N-馬來醯化殼聚糖混合，分散於其質量之和的2倍量的體積濃度為92％的乙醇溶液，得到懸浮漿液；繼續以功率為200W、頻率為32kHz的超聲波處理懸浮漿液45min，經減壓濃縮除去乙醇、105℃溫度下乾燥3h，得到改性薔薇輝石。
所述的鎳汙染土壤修復劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)分別將柯氏裂絲藻、裸幹沙菜粉碎，過180目篩，得柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉，備用；
(2)將海泡石置於480℃溫度下煅燒100min，得到煅燒海泡石；
(3)將煅燒海泡石加入其質量的4倍量的質量濃度為45％的右旋酒石酸水溶液中浸泡處理2.5h，取出，置於4℃溫度下密閉冷藏1h，得冷藏煅燒海泡石；
(4)將冷藏煅燒海泡石與柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉、改性薔薇輝石混合，加熱至85℃，以功率為360W、頻率為25kHz的超聲波處理40min，得半成品；
(5)將半成品置於105℃溫度下乾燥，得到所述的鎳汙染土壤修復劑。
實施例2
本發明實施例中，一種鎳汙染土壤修復劑，按照質量份數計，由以下原料組成：海泡石28份、柯氏裂絲藻5份、裸幹沙菜5份、改性薔薇輝石7份；改性薔薇輝石的製備步驟為：將薔薇輝石超微粉碎至10μm，得到薔薇輝石粉；將薔薇輝石粉與其質量的2.3倍量的N-馬來醯化殼聚糖混合，分散於其質量之和的3倍量的體積濃度為95％的乙醇溶液，得到懸浮漿液；繼續以功率為220W、頻率為34kHz的超聲波處理懸浮漿液40min，經減壓濃縮除去乙醇、110℃溫度下乾燥2h，得到改性薔薇輝石。
所述的鎳汙染土壤修復劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)分別將柯氏裂絲藻、裸幹沙菜粉碎，過200目篩，得柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉，備用；
(2)將海泡石置於500℃溫度下煅燒80min，得到煅燒海泡石；
(3)將煅燒海泡石加入其質量的5倍量的質量濃度為40％的右旋酒石酸水溶液中浸泡處理3.0h，取出，置於2℃溫度下密閉冷藏1h，得冷藏煅燒海泡石；
(4)將冷藏煅燒海泡石與柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉、改性薔薇輝石混合，加熱至90℃，以功率為350W、頻率為26kHz的超聲波處理35min，得半成品；
(5)將半成品置於110℃溫度下乾燥，得到所述的鎳汙染土壤修復劑。
實施例3
本發明實施例中，一種鎳汙染土壤修復劑，按照質量份數計，由以下原料組成：海泡石24份、柯氏裂絲藻7份、裸幹沙菜7份、改性薔薇輝石5份；改性薔薇輝石的製備步驟為：將薔薇輝石超微粉碎至5μm，得到薔薇輝石粉；將薔薇輝石粉與其質量的2.3倍量的N-馬來醯化殼聚糖混合，分散於其質量之和的2倍量的體積濃度為95％的乙醇溶液，得到懸浮漿液；繼續以功率為200W、頻率為34kHz的超聲波處理懸浮漿液40min，經減壓濃縮除去乙醇、110℃溫度下乾燥2h，得到改性薔薇輝石。
所述的鎳汙染土壤修復劑的製備方法，包括以下步驟：
(1)分別將柯氏裂絲藻、裸幹沙菜粉碎，過200目篩，得柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉，備用；
(2)將海泡石置於490℃溫度下煅燒90min，得到煅燒海泡石；
(3)將煅燒海泡石加入其質量的4.5倍量的質量濃度為43％的右旋酒石酸水溶液中浸泡處理2.8h，取出，置於3℃溫度下密閉冷藏1h，得冷藏煅燒海泡石；
(4)將冷藏煅燒海泡石與柯氏裂絲藻粉、裸幹沙菜粉、改性薔薇輝石混合，加熱至88℃，以功率為355W、頻率為26kHz的超聲波處理38min，得半成品；
(5)將半成品置於108℃溫度下乾燥，得到所述的鎳汙染土壤修復劑。
實施例4
本發明實施例中，一種鎳汙染土壤修復劑，按照質量份數計，由以下原料組成：海泡石26份、柯氏裂絲藻6份、裸幹沙菜6份、改性薔薇輝石6份；改性薔薇輝石的製備步驟為：將薔薇輝石超微粉碎至10μm，得到薔薇輝石粉；將薔薇輝石粉與其質量的1.8倍量的N-馬來醯化殼聚糖混合，分散於其質量之和的3倍量的體積濃度為92％的乙醇溶液，得到懸浮漿液；繼續以功率為220W、頻率為32kHz的超聲波處理懸浮漿液45min，經減壓濃縮除去乙醇、105℃溫度下乾燥3h，得到改性薔薇輝石。
所述的鎳汙染土壤修復劑的製備方法，與實施例3相同。
實施例5
本發明實施例中，一種鎳汙染土壤修復劑，按照質量份數計，由以下原料組成：海泡石25份、柯氏裂絲藻6.5份、裸幹沙菜6.5份、改性薔薇輝石5份；改性薔薇輝石的製備步驟為：將薔薇輝石超微粉碎至10μm，得到薔薇輝石粉；將薔薇輝石粉與其質量的2.0倍量的N-馬來醯化殼聚糖混合，分散於其質量之和的2.5倍量的體積濃度為94％的乙醇溶液，得到懸浮漿液；繼續以功率為210W、頻率為334kHz的超聲波處理懸浮漿液44min，經減壓濃縮除去乙醇、108℃溫度下乾燥2.5h，得到改性薔薇輝石。
所述的鎳汙染土壤修復劑的製備方法，與實施例3相同。
對比例1
在實施例5的基礎上，以普通薔薇輝石取代改性薔薇輝石，其餘與實施例5完全相同。
對比例2
在實施例5的基礎上，以柯氏裂絲藻取代裸幹沙菜，其餘與實施例5完全相同。
對比例3
在實施例5的基礎上，以裸幹沙菜取代柯氏裂絲藻，其餘與實施例5完全相同。
對比例4
在實施例5的基礎上，以普通薔薇輝石取代改性薔薇輝石，以柯氏裂絲藻取代裸幹沙菜，其餘與實施例5完全相同。
對比例5
在實施例5的基礎上，以普通薔薇輝石取代改性薔薇輝石，以裸幹沙菜取代柯氏裂絲藻，其餘與實施例5完全相同。
取受重金屬鎳汙染的土壤樣品，利用化學浸提法測定了土壤中浸出鎳的含量為896mg/kg。接著按照每1kg土壤樣品配18g修復劑的比例，分別將實施例1-5及對比例1-5製得的修復劑加入對應的土壤樣品中，充分混合均勻，靜置3天，即完成修復，再利用化學浸提法測定修復后土壤中浸出鎳的含量，修復後的土壤中浸出鎳的含量如表1所示。
表1修復后土壤中浸出鎳的含量
由表1可以看出：本發明修復劑能顯著降低土壤中的浸出鎳的含量；對比實施例5和對比例1-5，可以看出，本發明修復劑中海泡石、柯氏裂絲藻、裸幹沙菜、改性薔薇輝石四種組分的復配方式能夠顯著降低土壤浸出鎳的含量。
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。