一种载铁高分子材料修复砷污染土壤工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种载铁高分子材料修复砷污染土壤工艺，涉及土壤有毒有害金属污染修复领域。其包括如下步骤：1.将布满圆形孔的塑料布（置上层）、载木质素铁PE薄膜（置中层）、塑料布（置下层）通过静电或者热塑成不易分开的一体，制成除砷薄膜；用细铁丝做成外壳布满圆形孔的空心球，空心球内部装填载铁棉纤维做成载铁棉纤维‑铁丝球。2.将制成的除砷薄膜放置于容器底部或者砷污染田地土层中，上面再放置塑料网格板。3.将砷污染土壤深松、晾晒、耙平，喷洒水保持土壤含水量在60wt%左右，然后铺于网格板上面。4.将载铁棉纤维‑铁丝球播撒到土壤中，自然通风、光照、雨水、灌溉条件下，保持土壤含水量在60wt%左右，经过10‑20天，回收除砷薄膜和载铁棉纤维‑铁丝球。载铁棉纤维‑铁丝球回收率为96‑100%，除砷薄膜保持完好，实现了材料的方便回收。该工艺能够将砷从土壤中分离，有效降低污染土壤中砷的含量，且能够有效阻隔未修复土层中砷的迁移。

【技术实现步骤摘要】
一种载铁高分子材料修复砷污染土壤工艺
本专利技术属于有毒有害金属污染土壤修复领域，涉及使用载铁高分子材料修复砷污染土壤的工艺。
技术介绍
砷是一种具有致癌作用的元素，通过地下水迁移至土壤中，严重影响农产品安全和人体健康。关于土壤砷污染修复的研究主要集中于两个方面：一方面研究砷去除材料，一方面研究修复工艺。在砷去除材料领域，使用较多且效果显著的属铁系材料，包括铁（氢）氧化物、铁盐、零价铁（铁粉）、铁纳米材料、含铁的天然矿物或工业冶炼副产品、含铁复合材料。传统铁系材料一般是颗粒或粉末状，直接应用于土壤环境中，分离难度很大，普遍涉及到材料难以回收、易造成新的二次污染问题，特别是，修复后原始污染物仍旧存在于土壤中。实际应用中，材料在土壤环境中的使用方式直接影响着处理效果，材料能否回收直接决定着污染物能否从土壤中分离及回收，因此如何把材料从土壤中“拿”出来也是研究砷污染土壤修复工艺的关键问题，譬如专利CN106825028B公开了一种可移除农田土壤砷的原位修复方法，将磁铁矿粉、铁粉、负载型磁铁矿粉、负载型铁粉等铁系钝化剂施入土壤，将磁性吸附板装载于旋耕机上，随着旋耕机在田间的行进和移动实现对砷铁复合物的原位吸附，从而实现对铁系钝化剂的回收。本专利通过使用对砷具有良好去除能力的载铁高分子材料，研究适合材料应用于土壤环境并实现材料回收的工艺，目前还未见有文献报道。
技术实现思路
为了更好地实现土壤中砷污染修复，且把土壤中修复剂“拿”出来，本专利技术对载铁高分子材料进行了选择，并对其工艺进行了研究。>为实现本专利技术目的，本专利技术选择本专利技术人前期专利CN111944189A和CN102125819A公开的载铁高分子材料，分别为载木质素铁PE薄膜和载铁棉纤维，两种材料在不同的环境介质下，对砷都具有良好的去除能力。本专利根据两种材料的形态特点，依材料性能选择不同的使用方式，使其更易适应于修复土壤中的砷污染，充分发挥材料对砷的去除能力，实现材料回收，达到将砷从土壤中分离的目的，克服大部分修复手段只是把砷固化在土壤中的缺点，且有效阻断未修复土层中砷的迁移，从而提高土壤砷污染修复效率。本专利技术所述砷污染修复工艺具体通过如下技术方案实现：（1）将布满圆形孔的塑料布置上层、载木质素铁PE薄膜置中层、塑料布置下层，通过静电或热塑合成一体，制成除砷薄膜。（2）用细铁丝做成外壳布满圆形孔的空心球，将载铁棉纤维填充到空心球中。（3）将步骤（1）所述的除砷薄膜置于容器底部，上面再放置塑料网格板，将砷污染土壤深松、晾晒、耙平，喷洒水保持土壤含水量在55-65wt%左右，然后铺于网格板上（铺约10-30cm厚）。或者将步骤（1）所述的除砷薄膜埋于被砷污染的田地土层中（15-30cm深）。人工或用播种机将载铁棉纤维-铁丝球播撒到土壤中（球与球之间间隔3-5cm）。自然通风、光照、雨水、灌溉条件下，保持土壤含水量在55-65wt%，试验期间用铁耙或翻耕机翻土，试验结束后人工或者用磁铁板将载铁棉纤维-铁丝球从土壤中分离出，人工回收除砷薄膜。所述的布满圆形孔的塑料布，圆孔的直径为3-5mm，塑料布为厚度>0.12mm的PE塑料布或其它材质塑料布；所述的载铁棉纤维-铁丝球，外层为用细铁丝做的空心球，铁丝空心球截面直径为1-5cm，球面为布满圆形孔（直径1-5mm）的铁丝骨架，内层填充载铁棉纤维；载铁棉纤维和载木质素铁PE薄膜的用量根据每吨土壤中总砷含量和材料对砷的饱和吸附容量而定；达到一个反应周期后，将载铁棉纤维-铁丝球、除砷薄膜和土壤分离，用盐酸溶液将材料上的砷洗脱下来。载铁棉纤维-铁丝球和除砷薄膜可以重复利用。本专利技术取得的有益效果主要包括以下几个方面：（一）本专利技术对除砷材料进行选择，通过对其使用方式改进，解决了载铁棉纤维和载木质素铁PE薄膜直接应用于土壤中效果不好或者难以回收的问题。（二）本专利技术工艺操作简单，可以和现代农用机械结合，环保无二次污染，可大规模应用于砷污染土壤治理中。（三）本专利技术对砷修复材料可以回收，用盐酸溶液可以将材料上的砷洗脱下来，可实现从土壤中分离砷，克服了传统修复材料仅仅将砷固定而不能从土壤中分离的缺点，提高了土壤砷污染修复效率和质量。（四）本专利技术工艺可以有效阻断未修复土层中的砷迁移。附图说明图1为本专利技术修复砷污染土壤的工艺流程示意图。图2为修复前后土壤中总砷及有效态砷的变化情况。图3为对回收的载铁高分子材料上的砷进行洗脱，材料上砷的洗脱曲线。具体实施方式为更好地对本专利技术进行详细说明，举实施例如下：实施例1：将布满圆形孔（直径5mm）的透明PE薄膜（厚度0.12mm）（置上层）-载木质素铁PE薄膜（置中层）-透明PE薄膜（厚度0.12mm）（置下层）通过静电合成一体，制成除砷薄膜。其中，上下两层PE薄膜的面积为90cm（长）*70cm（宽），载木质素铁PE薄膜的面积为85cm（长）*65cm（宽），理论计算总铁含量为33.2g；将细铁丝做成截面直径为1cm的空心球，球外壳布满直径1mm的圆形孔，将载铁棉纤维填充到空心球中做成载铁棉纤维-铁丝球，载铁棉纤维用量2kg，理论计算总铁含量为360g。将上述制成的除砷薄膜放置于纸箱（92cm（长）*73cm（宽）*68cm（高））底部，上面再放置塑料网格板。将砷污染土壤深松、晾晒、耙平，取样过2mm筛，铺于塑料网格板上，喷洒水保持土壤含水量在57wt%，铺30cm厚。人工将载铁棉纤维-铁丝球播撒到土壤中，球与球之间间隔3cm。将纸箱放置于上开口塑料箱内，自然通风、光照、雨水、灌溉条件下，实验期间保持土壤含水量在57wt%，10天后用铁耙翻土，20天后人工取出土壤中的载铁棉纤维-铁丝球和除砷薄膜。用石墨炉原子吸收测试原始土壤、修复后土壤中砷的含量如图2中图2a所示，经过20天，与原始土壤相比，总砷浓度由131.9mg/kg下降到54.1mg/kg，有效态砷浓度由43.5mg/kg下降到22.6mg/kg，总砷去除率为58.9%，有效态砷去除率为48%，说明通过此工艺流程，两种载铁高分子材料对土壤中砷具有良好的修复效果；纸箱底部无砷浸出液污染痕迹、且在纸箱底部也没有收集到浸出液，说明此工艺流程具有良好的界面阻断作用。用人工将载铁棉纤维和载木质素铁PE薄膜回收，载铁棉纤维-铁丝球的回收率为100%，载木质素铁PE薄膜形态保持完好，用盐酸溶液洗脱材料上的砷，洗脱曲线如图3所示，说明该工艺能够将砷从土壤中分离。实施例2：将实施例1中修复过的土壤，按照实施例1中的修复工艺，每20天为一个实验周期，再进行6个实验周期，加上实施例1中的第一个周期，总共实验天数140天，土壤含水率分别保持在61wt%（第二周期），62wt%（第三周期），59wt%（第四周期），63wt%（第五周期），61wt%（第六周期），61wt%（第七周期）。每个实验周期结束后，更换新的载铁棉纤维和载木质素铁PE薄膜，保持材料中总铁含量不下降，其中第五、六、七个周期采用的是前四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种载铁高分子材料修复砷污染土壤工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）将布满圆形孔的塑料布置上层、载木质素铁PE薄膜置中层、塑料布置下层，通过静电或热塑合成一体，制成除砷薄膜；（2）将载铁棉纤维填充到铁丝空心球中做成载铁棉纤维-铁丝球；（3）将制成的除砷薄膜放置于容器底部或者砷污染田地15-30cm深的土层中，上面再放置塑料网格板；将砷污染土壤深松、晾晒、耙平，喷洒水保持土壤含水量在55-65wt%，然后铺于网格板上，铺约10-30cm厚；将载铁棉纤维-铁丝球播撒到土壤中，球与球之间间隔3-5cm；自然通风、光照、雨水、灌溉条件下，保持土壤含水量在55-65wt%，试验期间用铁耙或翻耕机翻土，实验结束后从土壤中取出载铁棉纤维-铁丝球和除砷薄膜；/n所述载木质素铁PE薄膜采用CN111944189A所述的材料；所述载铁棉纤维采用CN102125819A所述的材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种载铁高分子材料修复砷污染土壤工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）将布满圆形孔的塑料布置上层、载木质素铁PE薄膜置中层、塑料布置下层，通过静电或热塑合成一体，制成除砷薄膜；（2）将载铁棉纤维填充到铁丝空心球中做成载铁棉纤维-铁丝球；（3）将制成的除砷薄膜放置于容器底部或者砷污染田地15-30cm深的土层中，上面再放置塑料网格板；将砷污染土壤深松、晾晒、耙平，喷洒水保持土壤含水量在55-65wt%，然后铺于网格板上，铺约10-30cm厚；将载铁棉纤维-铁丝球播撒到土壤中，球与球之间间隔3-5cm；自...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小转，史西保，赵可江，李书粉，苏现伐，范小敏，杨源浩，周旭，彭建彪，程国浩，朱桂芬，宋跃飞，蒋凯，谢宗丽，彼得科维奇亚历山大，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南;41