本发明专利技术公开了一种修复重金属Cr-Pb-Cd污染土壤的新材料S-CrPbCd及其制备方法和使用方法。该材料包括：改性碳纳米管5%~15%，改性粘土矿物10%~60%和生石灰20%~60%。S-CrPbCd可高效吸附土壤中的Pb、Cd和Cr，且不会显著改变土壤性质和耕作性。S-CrPbCd在1~2个月内能使敏感作物中Pb、Cd、Cr的残留量降低75%~90%，同时，该材料具有成本低廉、制备工艺简单、无二次污染、见效快、易于大面积推广等特点。
【技术实现步骤摘要】
土壤修复剂及其制备方法和使用方法
本专利技术属于环境治理领域，涉及重金属污染的治理，具体而言是一种土壤修复剂及其制备方法和使用方法。
技术介绍
多年来，工业三废的排放、城市生活垃圾、污泥及含重金属的农药、化肥的不合理使用，使土壤受到了污染，其中，重金属污染已经成为严峻的环境问题之一。在环境污染研究中，重金属多指Hg、Cd、Pb、Cr以及类金属As等生物毒性显著的化学元素。土壤重金属污染可以影响农作物的产量和质量，并可通过食物链危害人类的健康。单质铬（Cr）是一种稳定的金属，广泛用于制不锈钢、汽车零件、工具、磁带和录像带等，铬镀在金属上可以防锈，坚固美观。Cr是人体必需的微量元素，它与其它控制代谢的物质配合而发生作用，如激素、胰岛素、各种酶类、细胞的基因物质（DNA和RNA）等。Cr是合成某些人体激素的必须原料，Cr3+是对人体有益元素，而Cr6+是人体有毒元素。在天然食品中，Cr的含量一般较低、且都是以Cr3+形式存在。Cr的形态对人体吸收的影响很大，人体对无机铬的吸收能力极弱，利用率不到1%；而对有机铬的利用率为10-25%。因此，常利用富Cr中草药治疗Cr缺乏症，可取得满意的效果，过量的Cr对人体有毒副作用，但Cr的毒性与其价态有关。Cr6+的毒性大约是Cr3+毒性的100倍。摄入过量的Cr，会导致Cr在体内的长期蓄积。根据国家有关标准，各类食品中Cr3+的含量一般不超过1.0ppm，但水产动物及乳粉中可以到2.0ppm。重金属Pb和Cd是具有高毒、不降解和生物富集等特点的环境污染物。重金属Pb主要侵害人体的神经系统；Cd主要危害人体的骨骼系统和肾脏等内分泌系统。目前，土壤重金属污染修复方法主要包括淋洗法、稳定化法、客土法、电动处理和植物修复等。根据美国环境保护局（USEPA）的推荐，稳定化法是土壤重金属复合污染治理的最有效、最经济的一类方法。粘土矿物常被用作修复剂的原材料，例如：沸石是一种含水的碱金属和碱土金属的架状铝硅酸盐矿物，晶体结构中有很多的空腔和孔道，使其具有很强的吸附作用；沸石晶体骨架中阳离子与骨架联系较弱，易发生阳离子交换。蒙脱石是由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体构成的2:1型层状硅酸盐，具有较大的表面积和孔容，在晶胞结构内，可发生同晶置换，使其具有较强的离子交换性和吸水性。然而，天然沸石和蒙脱石矿物中因存在自由水、吸附水、结构水和结晶水，以及相当比例的共生杂质的存在，削弱了整体的物化性能，从而使其的胶体性、吸附性等在实际应用中受到很大的影响。专利CN104031651A公开了一种用于重金属污染农田钝化改良剂及其使用方法。其原料包括粉煤灰、纳米铁粉、沸石、麦饭石、钙镁磷肥、羟丙基改性SiO2/壳聚糖纳米颗粒和孔隙球状纤维素。该复合钝化改良剂可以提高对土壤中的重金属铬、镉、铅、砷的钝化效果。该钝化改良剂可以提高对土壤中重金属镉、铅、铬的钝化效果，使土壤中有效态镉、铅、铬分别降低43.3%~67.2%、44.5%~59.4%和31.6%~71.7%；处理后的土壤中种植的大白菜，吸收的镉、铅、铬含量分别降低了52.9%~63.9%、46.3%~63.6%和34.9%~60.9%。专利CN104004524A公开了以一种用于工业污染场地的土壤修复治理的环保型重金属稳定剂及其使用方法。该稳定剂制备方法按照质量份数计，包含下列物质组分：粘土矿物40~50份、重金属螯合剂10~18份、重金属沉淀剂4~8份、碱性调节剂10~15份。该稳定剂可用于固定土壤中的铬、镉、铅、铜、镍等重金属。处理后的土壤中总镉含量降低至≤理后的土壤中总镉含总铅含量降低至≤铅含量降低至总镉，总铅含量降低至≤15mg/L，大大降低其毒性，满足浸出毒性鉴别标准值的规定（GB5085.6-2007）的规定，达到场地预期的目标修复值（毒性鉴别标准值的10%）的修复效果和要求。专利CN101962553A公开了一种用于受到重金属污染土壤的修复的固化剂，各组分的重量百分比为：水泥25%~40%、高吸附性粘土矿物40%~65%、生石灰10%~20%。该固化剂对重金属铅、锌、镉有良好的固定效果。采用高吸附性粘土矿物替代部分水泥、粉煤灰和生石灰等对土壤破坏明显的固化剂，虽然可以固定住镉、铅等重金属离子，但仍存在破坏土体结构、造成二次污染等风险。专利CN104046361A公开了以一种复合型重金属污染土壤改良剂及其应用和施用方法。其包含组分的重量配比为：草木灰：钙镁磷肥：生石灰：沸石：羟基磷灰石：有机肥=（0.3-1.1）：（0.1-0.2）：（0.4-2.1）：（0.1-0.6）：（0.008-0.06）：（0.4-1.2）。在实际应用中，该复合型重金属污染土壤改良剂配合微生物功能菌液，能够改善土壤结构，钝化并修复污染土壤中的多种重金属，如铬、铅、镉、锰等。专利CN103894402A公开了一种含六价铬土壤净化方法，该方法通过向受到六价铬污染的土壤中多次添加亚硫酸盐等还原剂，以及硫化盐和石灰水等固化剂，有效降解和固化了土壤中的铬。现有的用于重金属污染土壤处理的修复材料大多存在如下缺陷：（1）修复材料本身就含有浓度足以造成污染的多种重金属，易造成二次污染；（2）修复剂原材料如水泥等材料则会造成土壤板结，影响土壤的种植功能；（3）修复剂需要用到本身属于有机污染物的金属螯合剂，螯合剂降解后重金属又重新释放出来；（4）修复剂的原材料种类繁多、制备工艺复杂，成本高。因此，研发修复效果明显、成本低廉、工艺流程简单、修复周期短、适用范围广、不破坏土壤结构和种植功能、无二次污染的新材料是本领域亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种修复重金属Cr-Pb-Cd污染土壤的新材料S-CrPbCd及其使用方法，以提高对土壤中的重金属铅，镉，铬的修复效果。碳纳米管和粘土矿物具有优良的物化特性，通过改性制备，其对重金属Cr、Pb和Cd同时具备强大的稳定化效果。本专利技术所采用的原材料不含有害重金属或其他有害物质，其原料包括改性碳纳米管、改性沸石和改性蒙脱石混合物、生石灰。本专利技术提供的修复剂为组合固体制剂，命名为“S-CrPbCd”，为“铬、铅和镉稳定剂”的意思。碳纳米管优选具有纳米管状结构的活性炭，其可吸附不同种类的重金属，碳纳米管经过氧化改性处理增加了其亲水性和对土壤中重金属的离子交换能力，具有极大的比表面积和丰富的孔结构。经过酸、热改性后的沸石和蒙脱石，不仅可溶去碳酸盐类杂质和晶体结构孔道中吸附的其它阳离子，除去分布于孔道中的杂质，使孔道疏通，增大孔容积；还可使粘土矿物失去表面水、水化水和结构骨架中的结合水，减少水膜对重金属污染物的吸附能力，增强粘土矿物的吸附性能。生石灰，提供较稳定的偏碱性环境，在碱性条件下，易和Pb2+、Cd2+、Cr6+形成难溶复合物，从而降低了Pb、Cd、Cr的生物有效性和可迁移性；另一方面，生石灰可使土壤的pH值上升0.2左右但不显著改变土壤性质和耕作性，也可以防止土壤养分的流失。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种修复重金属Cr-Pb-Cd污染土壤的新材料S-CrPbCd，其特征在于，各组分按如下重量百分比组成：改性碳纳米管5%~15%、改性粘土矿物10%~60%和生石灰20%~60%。其中，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种修复重金属Cr‑Pb‑Cd污染土壤的新材料S‑CrPbCd，其特征在于，各组分按如下重量百分比组成：改性碳纳米管5%~15%、改性粘土矿物10%~60%和生石灰20%~60%。
【技术特征摘要】
1.一种土壤修复剂，各组分按如下重量百分比组成：改性碳纳米管5%~15%、改性粘土矿物10%~60%和生石灰20%~60%，其特征在于：所述碳纳米管选自具有纳米管状结构的活性炭，所述改性碳纳米管的改性方法包括：第一步，将碳纳米管、65%的浓硝酸、浓度为0.5mol/L的高锰酸钾按质量份数为1：2：5的比例混匀、静置和冷却；第二步，将上述冷却后的混合物于90℃条件下氧化2h后，离心过滤并冷却；第三步，用去离子水反复洗涤离心，直至上清液pH值稳定；第四步，在60~80℃下烘干至恒重，研磨，得到改性碳纳米管；所述改性粘土矿物为经过酸改性和热改性后的改性沸石和改性蒙脱石的混合物。2.根据权利1所述的一种土壤修复剂，其特征在于：所述改性沸石和改性蒙脱石的改性方法包括：第一步，预处理：将天然沸石和蒙脱石自然干燥，用研钵分别将其研磨成粉，并过200目筛筛分，得到沸石和蒙脱石预处理产品；第二步，酸改性：称取经预处理后的沸石和蒙脱石，分别加入浓度为3mol/LHNO3溶液，固液比为1:3，温度控制在70~80℃，浸泡搅拌2h，并辅以超声处理，离心过滤、冷却后，用去离子水洗涤至中性，于105℃条件下干燥活化2h；第三步，热改性：将经酸改性后的沸石和蒙脱石进行热处理，热改性温度分别为沸石250~500℃、蒙脱石300~650℃，热改性2~4h后，分别放入干燥器中冷却；第四步，混合：将经过酸、热改性后的沸石和蒙脱石按照（2~5）：（1~3）的重量配比混合，充分搅拌均匀，得到改性沸石和改性蒙脱石混合物。3.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，王蕊，张佳文，李小赛，王新宇，
申请(专利权)人：中国地质科学院矿产资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。