一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种制备半包裹稳定化材料的方法、由此制备的半包裹稳定化材料以及使用方法。本发明专利技术的半包裹稳定化材料以钠盐、钙盐和镁盐的至少一种和/或氢氧化物作为包芯，硅酸盐矿物作为包囊，半包裹造粒法一步制备包裹材料，另一有效成分为铁化合物和/或锰化合物，采用比例配伍的方式掺杂，形成具备稳定化土壤砷镉等重金属的半包裹稳定化材料。该材料制备工艺简单，材料成本低，有效防止成分相互反应，可发挥各有效成分对多种重金属的稳定化作用，具有同时高效稳定化砷和镉的优势。该材料可保持其长期有效性，易储存，易使用，可广泛应用于砷镉复合污染场地修复。

【技术实现步骤摘要】
一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法
本专利技术属于土壤重金属修复领域，具体涉及一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法。
技术介绍
近年来，由于土壤环境中污染物含量不断提高，重金属污染问题已经引起学术界、政府和公众的广泛关注。重金属可以通过各种途径进入土壤，不易随水淋溶，微生物难以降解，具有明显的生物富集作用。土壤污染有较长的潜伏期，具有隐蔽性、不可逆性、普遍性、表聚性等特征，对生态环境和人体健康造成威胁。场地土壤重金属污染主要以铅、镉、砷、铜、锌、镍等为主，且大多以复合污染的形式出现，与单一重金属污染不同，复合污染中不同重金属元素的修复要求不同，且不同重金属元素间会互相影响修复效果，增大了修复风险。其中，以砷和镉伴生复合污染最具代表性，许多采矿厂、金属冶炼厂附近的土壤都同时伴随着砷镉复合污染。砷在氧化还原电位较高、弱酸性和中性条件下主要以H2AsO4-的形态存在，在土壤中更稳定；而镉在氧化还原电位较低和碱性条件下更稳定，这是因为当土壤pH升高，提高了土壤中有机、无机胶体等对镉的吸附，从而提高了土壤中结合态镉含量，土壤中的OH-与镉离子结合成难溶的氢氧化镉。不同重金属间的拮抗作用给场地重金属污染土壤修复带来巨大的难题。针对该问题，目前国内多数采用稳定化技术，该技术的核心之一是稳定化材料，国内基于工程应用研发复合污染土壤稳定化药剂的主要思路之一是将不同特性的化学材料配伍，其成本低，在较短的时间内可满足修复要求，但这些稳定化材料易受土壤酸碱度、有机质含量等因素的影响，稳定化材料对重金属的修复效果存在差异，而且不同重金属种类、浓度、材料与土壤重金属污染物的相互作用也会影响材料修复效果；该类材料构成多为酸性和碱性材料复配，不易储存，在运输过程中，容易相互反应发热而产生危险；稳定化材料修复效果还会受外界环境变化和水分含量影响，伴随着降雨冲刷、淹水处理或者土壤pH降低，原有吸附的重金属可能发生二次释放，产生环境危害；市场上粉末材料较多，在施用过程中，易产生扬尘，进而提高操作难度，造成浪费和二次污染；因此，针对场地的复合污染特点，研究砷镉污染修复材料是当前的研究关键点。针对砷、镉单一污染土壤，有文献报道，钠钙镁盐或氢氧化物对镉有很好的稳定化效果。基于提高药剂组分协同作用效果目的开展了稳定化材料复配和组分结构优化研究，如董法秀等(2019)采用FeSO4和CaO复合稳定剂对砷、镉、铅、锌复合污染土壤进行稳定化，发现FeSO4和CaO的添加顺序直接影响砷、镉、铅、锌稳定效果，在一定添加顺序和组分结构优化的条件下，可以减弱As、Cd、Zn之间的拮抗作用。已有大量文献报道，含铁锰材料对砷有较强的结合能力，能降低土壤中砷的生物有效性。Sun等(2015)通过研究海泡石、赤泥、铁砂、石膏、水铁矿、磷酸铁和层状氧化物等七种无机修复剂对土壤砷有效性的影响，发现这些材料均可显著减少污染土壤中砷的生物有效性，但水铁矿效果最好。莫小荣等(2017)添加硫化亚铁、电石渣、菌渣复配材料稳定处理砷污染土壤，结果表明其可大幅度降低土壤砷的浸出浓度和生物有效性，且在pH偏中性和酸性更有利于砷的稳定。因此，如何将钠钙镁盐或氢氧化物与含铁锰材料的稳定化作用结合，制备出复合稳定化材料，解决组分材料易相互反应，效果易受外界环境条件变化及施用困难等的问题，从而同时稳定化土壤中砷镉，具有重要的意义。目前已有一些关于包裹材料的研究，以往的包裹材料虽然具有包芯-包囊结构，可以达到对砷镉的稳定化效果，但有如下缺点：(1)制备过程所用材料种类繁杂，如：生物碳、金属硅酸盐、乳化剂、催化剂和还原剂等，要求纯度高，价格昂贵且不绿色；(2)制备步骤复杂，通常涉及生物质高温碳化活化，含铁等材料的氧化还原反应，包芯和包囊分两步制备等多个步骤，反应剧烈且耗能；(3)有效成分多采用全包裹法，将全部有效成分造粒包裹，使得材料释放速率受限，不易控制多种有效成分的释放速度，进而影响稳定化效率。
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有技术中的不足，本专利技术的一个目的在于提供一种半包裹稳定化材料，有效成分采用半包裹法，材料释放速率不受限，容易控制多种有效成分的释放速度，具有高稳定化率。本专利技术的另一个目的在于提供一种半包裹稳定化材料的制备方法，所用原材料的纯度和成分不受特别的限制，制备方法简单，包芯和包囊一步即可制得。本专利技术的另一个目的在于提供一种半包裹稳定化材料的使用方法，该稳定化材料具有高稳定化率、性能稳定、保持长期的有效性、易储存和易使用的特点，有利于土壤砷镉重金属污染修复。一种半包裹稳定化材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将盐和/或氢氧化物配成浆液，其中所述盐为钠盐、钙盐和镁盐的至少一种；S2、搅拌硅酸盐矿物，同时将所述浆液加入至所述硅酸盐矿物中，搅拌均匀后得到浆液和硅酸盐矿物的混合物；S3、将所述浆液和硅酸盐矿物的混合物造粒、干燥，得到包裹材料；S4、加入铁化合物和/或锰化合物，与所述包裹材料混合，获得半包裹稳定化材料。本专利技术采用半包裹方法制备，即将钠盐、钙盐和镁盐和/或氢氧化物作为包芯，硅酸盐矿物作为包囊，一步法制备包裹材料，另一有效成分为铁化合物和/或锰化合物，不进行包裹，制备工艺简单，材料成本低，有效防止成分相互反应，有效发挥各有效成分对多种重金属的稳定化作用，达到同时稳定化砷和镉的目的，与传统稳定化材料相比，稳定化性能稳定，可以保持长期有效性，易储存，易使用，可应用于重金属复合污染场地修复。优选地，S3中先在所述浆液和硅酸盐矿物的混合物中加入粘合剂溶液，再搅拌均匀后造粒、干燥；所述粘合剂添加的质量为所述浆液和硅酸盐矿物的混合物质量的0.25-2％；进一步优选地，为0.25-1％；进一步优选地，为0.3％；S3中粘合剂溶液中粘合剂的质量分数为1-3％，进一步优选地，为2-3％，进一步优选地，为2％；S3中搅拌的时间为8-15min，干燥的温度为100-110℃。进一步优选地，S3中搅拌的时间为12-15min，干燥的温度为105-110℃。在浆液和硅酸盐矿物的混合物中加入粘合剂溶液，以造粒形成以钠盐、钙盐和镁盐和/或氢氧化物为包芯，硅酸盐矿物为包囊的包裹材料，包芯和包囊的比例适宜，粘合剂的添加适量，避免包芯被过度包裹，影响有效成分在土壤中的释放和扩散；采用包裹材料与铁化合物和/或锰化合物按照一定比例配伍的方法，使铁化合物和/或锰化合物与砷充分稳定化，包芯材料缓慢释放，与土壤中镉结合，有效减弱砷镉之间的拮抗作用。由此，该半包裹稳定化材料对砷镉等具有拮抗作用的重金属的稳定化能力强，性能稳定，可长期有效，且易储存，易使用。优选地，S2中所述浆液的质量分数≥30％，所述浆液的体积与所述硅酸盐矿物的质量比为1:4-4:1mL/g，进一步优选地，所述浆液的体积与所述硅酸盐矿物的质量比为1:2-2:1mL/g，进一步优选地，为1：1mL/g；S2中所述浆液滴加至所述硅酸盐矿物中；S2中将所述浆液加入所述硅酸盐矿物后搅拌的时间为8-15min。优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半包裹稳定化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将盐和/或氢氧化物配成浆液，其中所述盐为钠盐、钙盐和镁盐的至少一种；/nS2、搅拌硅酸盐矿物，同时将所述浆液加入至所述硅酸盐矿物中，搅拌均匀后得到浆液和硅酸盐矿物的混合物；/nS3、将所述浆液和硅酸盐矿物的混合物造粒、干燥，得到包裹材料；/nS4、加入铁化合物和/或锰化合物，与所述包裹材料混合，获得半包裹稳定化材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种半包裹稳定化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将盐和/或氢氧化物配成浆液，其中所述盐为钠盐、钙盐和镁盐的至少一种；
S2、搅拌硅酸盐矿物，同时将所述浆液加入至所述硅酸盐矿物中，搅拌均匀后得到浆液和硅酸盐矿物的混合物；
S3、将所述浆液和硅酸盐矿物的混合物造粒、干燥，得到包裹材料；
S4、加入铁化合物和/或锰化合物，与所述包裹材料混合，获得半包裹稳定化材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中先在所述浆液和硅酸盐矿物的混合物中加入粘合剂溶液，再搅拌均匀后造粒、干燥；
所述粘合剂添加的质量为所述浆液和硅酸盐矿物的混合物质量的0.25-2%，优选地，为0.3%；
S3中粘合剂溶液中粘合剂的质量分数为1-3%，优选地，为2%；
S3中搅拌的时间为8-15min，干燥的温度为100-110℃。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中所述浆液的质量分数≥30%，所述浆液的体积与所述硅酸盐矿物的质量比为1:4-4:1mL/g，优选地，为1：1mL/g；
S2中所述浆液滴加至所述硅酸盐矿物中；
S2中将所述浆液加入所述硅酸盐矿物后搅拌的时间为8-15min。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐为碳酸钠、碳酸钙和碳酸镁中的至少一种，所述氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化镁中的至少一种，优选地，所述盐和/或氢氧化物为氢氧化钙；
所述硅酸盐矿物为海泡石、膨润...

【专利技术属性】
技术研发人员：单丹娜，石燕，周斌，
申请(专利权)人：永清环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43