一种漂浮材料及基于漂浮材料的重金属污染土壤的修复方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种漂浮材料，所述漂浮材料由弱酸处理后的生物质原料，负载纳米羟基磷灰石，再经烘干、热解制得，所述漂浮材料的比表面积为322.16～370.46m

A floating material and its application in remediation of heavy metal contaminated soil

【技术实现步骤摘要】
一种漂浮材料及基于漂浮材料的重金属污染土壤的修复方法和应用
本专利技术涉及重金属污染土壤修复领域，尤其涉及一种漂浮材料及基于漂浮材料的重金属污染土壤的修复方法和应用。
技术介绍
我国人多地少，土壤污染主要以重金属污染为主，其中90％的土壤均为中、轻度污染。因此，为了保障土壤资源的安全持续利用，亟需开发经济高效的镉污染土壤修复方法，最终快速实现在中、轻度镉污染土壤上安全生产粮食。现今针对轻、中度镉污染土壤修复技术可分为农业调控、物理修复、化学修复及生物修复方法，从原理上又可分为钝化法和减量法。而钝化法能快速的改变土壤中重金属的形态，降低其生物有效性，但钝化法的重金属是否会再释放出来再次污染仍是专家学者们担忧的问题，而减量法中采用植物提取为主，修复周期过长。羟基磷灰石(HAP)对Cd有良好的吸附效果，但纳米羟基磷灰石容易团聚，会抑制材料的吸附效果。一种生物炭-羟基磷灰石纳米复合材料的制备方法(公开号：CN106732357A)，以水稻秸秆为炭化原材料，负载纳米羟基磷灰石，用于吸附铅-铜-锌混合溶液。该专利技术与现有技术相比具有如下优势：该专利技术以纳米羟基磷灰石为中心物质，水稻秸秆通过缺氧高温碳化，制成用于吸附重金属铅-铜-锌混合溶液的生物炭-羟基磷灰石纳米复合材料。该专利适用于含有铅-铜-锌的水体污染的治理。但该种材料不适合用于土壤重金属的治理，因为水稻秸秆作为对镉有特异性吸附的作用，往往植物体内富集了过量的镉，如果重新投加到土壤中容易引起二次污染，其次，该方法以水稻为原料，制得的粉末状生物炭，难以回收，环境再次变化容易引起镉的再次释放。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种漂浮材料，短时间对重金属污染土壤进行修复，然后利用漂浮特性将漂浮材料除去，避免二次污染。本专利技术的另一个所要解决的技术问题是，提供基于漂浮材料的重金属污染土壤的修复方法，快速降低土壤中镉浓度，完成修复后利用漂浮特性将漂浮材料除去，避免二次污染。本专利技术还提供漂浮材料在修复镉污染土壤的应用。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术公开了一种漂浮材料，所述漂浮材料由弱酸处理后的生物质原料，负载纳米羟基磷灰石，再经烘干、热解制得，所述漂浮材料的比表面积322.16～370.46m2/g，平均孔径为6～9nm。本专利技术以生物质原料作为原料，生物质原料包括秸秆和农业剩余物，生物质原料具体为农作物的秸秆、草类、壳类以及农副产品加工过程中的废渣。本专利技术利用弱酸将生物质原料扩孔，增加吸附位点及漂浮能力，再负载纳米羟基磷灰石(纳米HAP)，使得纳米HAP能均匀地分散，热解，形成与重金属附着位点较多的生物炭漂浮材料。优选地，所述漂浮材料的制备方法包括以下步骤：S1、将生物质原料，清洗、破碎、烘干后，浸渍于弱酸中，搅拌反应后，用水清洗生物质原料，直至洗涤水为中性后，进行烘干；S2、将烘干的材料，加入纳米羟基磷灰石溶液中，分散均匀，抽滤，获得固体原料；S3、将固体原料烘干后，进行热解，获得漂浮材料。优选地，所述生物质原料为椰壳。优选地，所述弱酸为磷酸。优选地，S2中，烘干的材料与Ca10(PO4)6OH2的质量比为(10～20):1。进一步优选地，S2中烘干的材料与Ca10(PO4)6OH2的质量比为(15～20):1。优选地，磷酸的质量分数为8～15％；Ca10(PO4)6OH2溶液的浓度为1～2g/L。进一步优选地，磷酸的质量分数为10～15％；Ca10(PO4)6OH2溶液的浓度为1.5～2g/L。优选地，S3中热解温度为500～600℃，热解时间为1～1.5h。进一步地，Ca10(PO4)6OH2为纳米级颗粒，粒径为＜100nm。进一步地，S3中热解时通入N2，通入N2的速率为500mL/min，升温速率为10℃/min。进一步地，S1中搅拌反应的时间为20-40min。进一步地，S2中分散工序为超声分散均匀后，再搅拌1.5-3h。进一步地，S1中所述椰壳破碎粒径为1～2mm。本专利技术所使用的椰壳无重金属污染，而且对镉有强吸附作用。本专利技术还公开了上述漂浮材料在修复镉污染土壤的应用。本专利技术还公开了一种基于漂浮材料的重金属污染土壤的修复方法，包括以下步骤：步骤1、在重金属污染土壤中，投加所述漂浮材料，灌水、翻耕，使得耕作层土壤与漂浮材料充分混合均匀，老化，使漂浮材料充分富集土壤中重金属；步骤2、向田间加入灌溉水，使得漂浮材料浮于水面，然后回收漂浮材料，排除上层泥水混合物，实现土壤重金属的减量化。本专利技术利用漂浮材料的富集能力吸附土壤中重金属，再通过漂浮能力，打捞回收生物炭，降低土壤中重金属浓度，实现土壤重金属的减量化，实现种植食品的安全生产。优选地，该修复方法还包括以下步骤：步骤3、将回收的漂浮材料用NaOH溶液或者KOH溶液清洗，搅拌，再用清水清洗至中性，过滤，得到回收后漂浮材料；步骤4、将回收后漂浮材料，再次应用于重金属污染土壤中，重复步骤1和步骤2，实现土壤重金属浓度的达标。优选地，步骤1中，所述漂浮材料的投加量为土壤质量分数为1％～5％；优选地，所述漂浮材料的投加量为土壤质量分数的1％～3％。进一步地，步骤1中，老化时间为10天左右。进一步地，步骤1中，所述的漂浮材料粒径为1～2mm。进一步地，步骤2中，用捞网回收漂浮材料，捞网的孔隙直径为1mm。进一步地，步骤3中，NaOH溶液或KOH溶液的浓度为0.1mol/L。进一步地，步骤3中，NaOH溶液或KOH溶液的清洗时间为20～26h。进一步地，步骤3中，滤膜的直径为30～50μm。进一步地，步骤3中，搅拌的时间为24～36h。进一步地，步骤1中，灌溉水的深度为5～8cm。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：(1)本专利技术中的椰壳是一类对镉有强吸附作用的原材料，同时椰壳内营养元素高，常被作为肥料施加在植物中，可增强土壤肥力，增加作物产量，磷酸作为酸性物质，可腐蚀原材料表面，增加原料表面的活性位点及疏松多孔的性能，同时羟基磷灰石(HAP)也是对镉有极强的富集效果的材料，但是由于纳米级材料易团聚，将HAP负载在椰壳表面有利于促进纳米HAP的分散能力，发挥纳米HAP的吸附作用。因此，通过负载后热解最终形成漂浮材料，应用于镉污染稻田中，使得漂浮材料富集大量的Cd，再灌水，用物理方法进行回收，降低土壤中总Cd浓度。(2)本专利技术克服了传统钝化法和超积累植物方法的不足，通过总量Cd浓度的减少，有效地避免了Cd再度活化的风险，同时可在短时间内利用漂浮材料富集Cd并实现回收，也可再进行二次回收利用修复土壤，因此，该方法不干扰正常季节内的农作物种植，并且具有经济、环保、高效的特点。(3)本专利技术采用先浸渍后热解的工艺，有利于增强HAP与原材料位点的结合能力。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种漂浮材料，其特征在于：所述漂浮材料由弱酸处理后的生物质原料，负载纳米羟基磷灰石，再经烘干、热解制得，所述漂浮材料的比表面积为322.16～370.46m

【技术特征摘要】
1.一种漂浮材料，其特征在于：所述漂浮材料由弱酸处理后的生物质原料，负载纳米羟基磷灰石，再经烘干、热解制得，所述漂浮材料的比表面积为322.16～370.46m2/g，平均孔径为6～9nm。


2.根据权利要求1所述的一种漂浮材料，其特征在于所述漂浮材料的制备方法包括以下步骤：
S1、将生物质原料，清洗、破碎、烘干后，浸渍于弱酸中，搅拌反应后，用水清洗生物质原料，直至洗涤水为中性，进行烘干；
S2、将烘干后材料，加入纳米羟基磷灰石溶液中，分散均匀，抽滤，获得固体原料；
S3、将固体原料烘干后，进行热解，获得漂浮材料。


3.根据权利要求2所述的一种漂浮材料，其特征在于：所述生物质原料为椰壳。


4.根据权利要求2所述的一种漂浮材料，其特征在于：所述弱酸为磷酸。


5.根据权利要求2-4任意一项所述的一种漂浮材料，其特征在于：S2中，烘干的材料与Ca10(PO4)6OH2的质量比为(10～20):1。


6.根据权利要求2-4任意一项所述的一种漂浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喜，肖劲光，王薇，肖武，张荷，朱波，贺凯，邓婷婷，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，中电建环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43