用于重金属污染土壤的钝化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于重金属污染土壤的钝化剂及其制备方法和应用。该钝化剂主要由改性沸石和负载于改性沸石上的改性壳聚糖构成，改性壳聚糖的化学结构通式如式Ⅰ所示，其中R为制备方法包括改性壳聚糖的制备、改性沸石的制备和钝化剂的制备。本发明专利技术的钝化剂吸附性能好、成本低廉，可有效提高土壤中重金属的钝化效果，应用于土壤重金属的处理，尤其适用于污染农田的重金属处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土壤重金属钝化
，具体涉及一种用于重金属污染土壤的钝化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
土壤是重要的自然资源，它是农业发展的物质基础，是人们赖以生存的基本原料的来源。土壤一旦被污染，尤其是受到重金属污染之后很难得到修复。土壤重金属污染已成为当下范围最广、危害最大的环境问题之一。重金属污染给农作物种植带来了诸多不利的影响，例如土壤肥力和作物的产量与品质的降低，人类的生命和健康由于食物链受到的威胁等。土壤重金属污染已经成为世界上受到广泛关注的环境问题，而与其相关的修复技术一直是国际上研究的热点，同时也因为污染的复杂性也成为环境治理的难点。治理重金属污染土壤的途径主要有两种：一是改变重金属在土壤中的存在形态，降低其在环境中的迁移性和生物有效性，使其由活化态变为稳定态，已有研究表明降低重金属有效态活性可以起到钝化重金属减少其毒性的作用；二是从土壤中去除重金属，以使其存留浓度接近或达到背景值。具体包括工程措施、化学措施、农业措施和生物措施等。在治理土壤重金属污染的各种技术中，钝化修复技术以简便、快捷、效果好和经济实用等优点而受到人们越来越多的重视。但是现有的钝化剂在实际使用中存在一些明显的不足。目前，常用的钝化剂有碱性物质、粘土矿物、有机物料、人工合成材料等，均在一定程度上存在问题。碱性物质中以石灰最为常用，其对重金属的固定主要通过提高土壤pH值，使重金属生成氧化物或以碳酸盐的形态沉淀起作用，明显降低土壤重金属的有效态含量。施用石灰会抑制植物吸收重金属，能有效地降低土壤中水溶态和交换吸附态重金属的含量。但是过量添加石灰会引起土壤理化性质的改变，从而抑制了作物的产量，限制了其实际应用。黏土矿物是一类储量丰富、环境友好的天然材料，具有良好的吸附性能，并因其独特的层状结构而成为应用广泛的无机载体材料，负载方法中以插层法最为普遍。插层法通过液相离子交换实现功能化负载，其制备方法相对简单。然而通过这种方法所得的改性材料存在比表面积低、负载不均匀、接枝键较弱等问题。如以最常见的十六烷基三甲基溴化铵改性，沸石、膨润土、蒙脱石、蛭石等改性黏土的比表面积均较低，缺乏足够的孔道结构，导致其实用性大大降低。有机物料如壳聚糖是一种天然有机高分子絮凝剂，分子链中含有反应性基团-NH2和-OH对金属离子有较强的结合作用。壳聚糖在酸性溶液中会形成高电荷密度的阳离子聚电解质，能在酸性溶液中显示出良好的络合性能和絮凝性能，具有无毒、不产生二次污染、生物降解性好等优点，因而是一种十分理想的重金属吸附剂。但是，壳聚糖同时存在相对分子质量小、架桥能力差、结晶度较高、脆性较大，特别是成本高的缺点。而且壳聚糖能在酸性条件下溶解，对重金属离子的吸附效果易受外界环境影响，使得壳聚糖的应用受到很大的限制。因此，寻求新型的有利于提高重金属钝化效果和农田土壤修复效果的钝化剂成为当务之急。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附性能好、成本低廉、可有效提高土壤中重金属钝化效果的用于重金属污染土壤的钝化剂及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用于重金属污染土壤的钝化剂，所述钝化剂主要由改性沸石和负载于改性沸石上的改性壳聚糖构成；所述改性壳聚糖的化学结构通式为下式Ⅰ：其中，R为上述的用于重金属污染土壤的钝化剂中，优选的，所述改性壳聚糖的动力粘度为50mPa·s～800mPa·s。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)改性壳聚糖的制备：将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，加入改性剂，所述改性剂为亚磷酸和甲醛溶液或者为次磷酸和甲醛溶液，经搅拌反应后，冷却、沉淀和干燥，得到改性壳聚糖；改性沸石的制备：将沸石加入碱溶液中煮沸，然后洗涤、干燥和粉碎，得到改性沸石；(2)钝化剂的制备：称取步骤(1)所得改性沸石和改性壳聚糖，将改性沸石加入改性壳聚糖的乙酸溶液中，经充分搅拌后，干燥，得到用于重金属污染土壤的钝化剂。上述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法中，优选的，所述步骤(1)的改性壳聚糖的制备中，所述壳聚糖∶亚磷酸或次磷酸∶甲醛溶液的用量比为1g∶0.2g～2g∶0.1mL～1.2mL，所述甲醛溶液的质量浓度为20％～40％。在采用次磷酸时，通常以次磷酸溶液的形式加入壳聚糖的乙酸溶液中，次磷酸溶液的质量浓度优选为50％。上述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，所述改性壳聚糖与改性沸石的质量比为1∶5～50。上述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，更优选的，所述步骤(2)中，所述改性壳聚糖与改性沸石的质量比为1∶15～30。上述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，优选的，所述步骤(1)的改性沸石的制备中：所述碱溶液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3％～6％；所述沸石与碱溶液的固液比为1g∶1mL～10mL；所述煮沸后保持1h～3h；所述粉碎后过10目～200目筛。上述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，优选的，所述步骤(1)的改性沸石的制备中：所述碱溶液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为3％～6％；所述沸石与碱溶液的固液比为1g∶1mL～10mL；所述煮沸后保持1h～3h；所述粉碎后过10目～200目筛。上述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，优选的，所述步骤(1)的改性壳聚糖的制备中，所述改性剂是在70℃～90℃恒温水浴的条件下加入的，所述搅拌反应的时间为1h～5h，所述沉淀是采用无水乙醇进行沉淀；所述步骤(2)中，所述干燥为冷冻干燥或烘干，所述烘干的温度为80℃～120℃，所述烘干的时间为1h～5h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的用于重金属污染土壤的钝化剂或者上述的制备方法制得的用于重金属污染土壤的钝化剂在土壤重金属处理中的应用。上述的应用中，优选的，所述土壤为重金属污染农田。本专利技术中，壳聚糖原料的动力粘度通常也选在50mPa·s～800mPa·s。本专利技术的制备方法中，壳聚糖或者改性壳聚糖加入乙酸溶液中均以溶解为准，乙酸溶液的质量浓度可以优选为1％～5％，但不限于此。本专利技术的制备方法中，步骤(1)包括改性壳聚糖的制备和改性沸石的制备，二者的制备顺序可以互换，不作限定。本专利技术的原理如下：沸石是一类天然的硅铝酸盐矿石，具有孔道结构，可以对重金属离子产生较强的离子交换和吸附能力，而壳聚糖是甲壳素脱乙酰后的产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于重金属污染土壤的钝化剂，其特征在于，所述钝化剂主要由改性沸石和负载于改性沸石上的改性壳聚糖构成；所述改性壳聚糖的化学结构通式为下式Ⅰ：其中，R为

【技术特征摘要】
1.一种用于重金属污染土壤的钝化剂，其特征在于，所述钝化剂主要由改性沸石和负
载于改性沸石上的改性壳聚糖构成；所述改性壳聚糖的化学结构通式为下式Ⅰ：
其中，R为2.根据权利要求1所述的用于重金属污染土壤的钝化剂，其特征在于，所述改性壳聚糖
的动力粘度为50mPa·s～800mPa·s。
3.一种用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性壳聚糖的制备：将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，加入改性剂，所述改性剂为亚磷
酸和甲醛溶液或者为次磷酸和甲醛溶液，经搅拌反应后，冷却、沉淀和干燥，得到改性壳聚
糖；
改性沸石的制备：将沸石加入碱溶液中煮沸，然后洗涤、干燥和粉碎，得到改性沸石；
(2)钝化剂的制备：称取步骤(1)所得改性沸石和改性壳聚糖，将改性沸石加入改性壳
聚糖的乙酸溶液中，经充分搅拌后，干燥，得到用于重金属污染土壤的钝化剂。
4.根据权利要求3所述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，其特征在于，所述
步骤(1)的改性壳聚糖的制备中，所述壳聚糖∶亚磷酸或次磷酸∶甲醛溶液的用量比为1g∶
0.2g～2g∶0.1mL～1.2mL，所述甲醛溶液的质量浓度为20％～40％。
5.根据权利要求3所述的用于重金属污染土壤的钝化剂的制备方法，其特征在于，所述
步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠武，罗宁临，黄斌，姚洪波，龙灵芝，曾光明，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43