一种重金属钝化剂、制备方法以及用途技术

本发明专利技术公开了一种重金属钝化剂、制备方法以及用途。本方法包括如下步骤：(1)原料的预处理；(2)重金属钝化剂的制备；(3)钝化剂的应用效果。本发明专利技术选用常见的天然矿物或工农业固体废物为主要原料，通过调节各成分掺配比、挤压成型、高温处理，制得高性能金属钝化剂，用于环境重金属污染的治理。该钝化剂原料来源广、制备成本低廉，易于实现批量生产，有利于大规模推广应用。推广应用。推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种重金属钝化剂、制备方法以及用途


[0001]本专利技术涉及一种重金属钝化剂、制备方法以及用途，特别是一种利用工农业固体废物为主要原料制备高性能重金属钝化剂的方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着机械加工、采矿、冶炼、电子工业、矿物燃料消耗、废物处理以及农用化学品使用等人为活动的加剧，过量的重金属进入土壤环境，导致土壤环境不断恶化。2014年《全国土壤污染状况公报》显示，我国土壤总超标率为16.1％，以重金属为主的无机型污染物是主要污染物。进入土壤的重金属不能通过土壤微生物的降解作用被去除，加之其半衰期较长，其对土壤生态的影响是持久的且不可逆的。此外，土壤中的重金属容易被植物吸收并累积，不仅影响植物自身的生物量和品质，还会通过食物链传递，在高营养级生物体内富集，这对人类健康造成了极大的威胁。因此，开发高效可行的土壤重金属污染修复技术，对于保障生态系统稳定、食品安全和人类健康具有重要意义。
[0003]钝化修复技术是目前土壤重金属污染修复的主流技术之一，其通过向土壤中添加钝化剂与重金属发生沉淀、表面吸附、离子交换、络合作用、π键作用等吸附固定重金属。不难看出，钝化剂的选择是实施该技术的核心。在众多的钝化剂中，生物炭因其原料来源广泛、性质结构稳定、富含有机质，加之其表面含有较为丰富的官能团，对重金属有一定的吸附固定作用，被认为是理想的土壤钝化剂。为了进一步提升生物炭对重金属的钝化能力，研究者往往对原生物炭进行改性，常用的改性方式包括负载零价铁、硫化改性等。但该类改性中不可避免会用到一些化学试剂(如硼氢化钠、巯基化合物等)，在大规模生产中，不仅导致成本增高，还容易造成环境的二次污染。而且，不同改性方式的生物炭，其应用对象具有一定的局限性，例如负载零价铁的生物炭对负离子形态的重金属具有较好的固定效果，而硫化改性的生物炭更亲和正离子形态的重金属。此外，目前改性生物炭材料多以粉末态的形式进行环境应用，在水体中，粉末态的材料可能面临固液分离的困境；在土壤中，粉末态的材料可能会引起土壤板结等问题。因此，开发低成本、高效、成型、应用范围广的土壤重金属钝化剂是重大现实所需。

技术实现思路

[0004]本专利技术以常见的天然矿物或工农业固体废物为主要原料，通过原位还原反应，将其转化为复合土壤钝化剂，具有低成本、高效、成型、应用范围广的优点。
[0005]一种重金属钝化剂，是由零价铁、硫化钙、碳、粘土类材料复合而成。
[0006]所述的零价铁和硫化钙负载于碳和粘土材料上。
[0007]所述的粘土类材料选自凹凸棒石或者膨润土。
[0008]上述的重金属钝化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]将硫酸钙类材料、铁源、生物质类材料以及粘土类材料混合，再经过球磨混合，成型后，煅烧处理。
[0010]原料的混合质量比为酸钙类材料10％～15％，铁源10％～15％，生物质类材料15％～25％，粘土类材料45％～65％。
[0011]各个原料需要经过粉碎、水洗、烘干处理。
[0012]烘干温度60～100℃。
[0013]所述的硫酸钙类材料选自然石膏或工业废弃石膏；所述废弃石膏选自磷石膏、脱硫石膏或者钛石膏等；更优选地，为采用CaSO4·
2H2O。
[0014]所述的铁源选自天然含铁矿物或者工业废弃含铁物；所述的天然含铁矿物选自赤铁矿或者磁铁矿等；所述的工业废弃含铁物选自赤泥或者钢渣等。
[0015]所述的生物质类材料选自植物源含碳材料或者动物源含碳材料；所述的植物源含碳材料选自植物纤维；所述的动物源含碳材料选自动物外壳或者粪便。
[0016]生物质类材料经过如下负电荷化预处理：将生物质类材料粉碎后，加入至高锰酸钾溶液浸渍处理，将产物滤出、洗涤、烘干。
[0017]所述的高锰酸钾溶液浓度0.04～0.1mol
·
L
‑1；生物质类材料在高锰酸钾溶液中的浓度5～15％；浸渍时间10～20h，浸渍温度10～30℃。
[0018]所述的粘土类材料选自凹凸棒石或者膨润土。
[0019]球磨转速200～300rpm；球磨时间5～10h；球磨过程中的料水比为1：0.5～1。
[0020]成型过程采用真空挤出，真空度为0.08～0.1MPa；挤出转速为10～45rpm。
[0021]煅烧处理过程在管式炉无氧条件下进行，保护气为高纯氮气或高纯氩气；处理温度600～800℃；升温速率3～5℃/min；最高温度下保持1～2h。
[0022]上述的重金属钝化剂在用于水体或者土壤中重金属的固定。
[0023]有益效果
[0024](1)以天然矿物或工农业固体废物为主要原料，不仅可以有效降低钝化剂的制备和应用成本，还可有效缓解相关企业和部门处理处置固体废物的压力；
[0025](2)通过挤出设备挤出获得稳定的成型材料，既有利于水体应用中材料的回收、减少材料流失，又避免了土壤应用过程带来的土壤板结等问题。
[0026](3)利用生物质热解成炭过程的还原环境，同步还原原料中的铁和硫酸钙，分别经过还原反应后生成零价铁和硫化钙，并且生成的零价铁和硫化钙是负载于碳颗粒的表面，进而一步制得零价铁
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硫化钙
‑
生物炭
‑
粘土复合材料，避免了使用化学试剂改性带来的成本、环境问题，整个制备过程简单、可控。
[0027](4)由于生成的零价铁和硫化钙是通过原位反应生成，因此相比于直接与碳材料混合而言，具有比表面积大、反应活性高的优点。
[0028](5)由于采用的二水硫酸钙表面zeta电位为正，带正电荷，通过高锰酸钾溶液对植物生物质材料进行改性处理后可以增大其表面的负电荷量；在湿法球磨的过程中能够更多地将二水硫酸钙吸附并负载于生物碳的表面，提高了反应过程中的原料接触面积，进而获得更好的钝化重金属的效果。
附图说明
[0029]图1是所得成型钝化剂的XRD图谱
[0030]其中，可明显看到石膏类和含铁类物质被成功还原为硫化钙和零价铁，矿化钙与
PDF card65
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2926一致。
具体实施方式
[0031]实施例1
[0032](1)原料的预处理：选用二水硫酸钙、赤铁矿、水稻秸秆、低品位凹凸棒石为原料，所有原料经过粉碎、水洗、60℃烘干后，备用；
[0033](2)重金属钝化剂的制备：调节各原料混合质量比为二水硫酸钙：赤铁矿：水稻秸秆：低品位凹凸棒石＝10％：10％：15％：65％，混合物经300rpm球磨5h后，放入挤出设备0.06MPa，10r/min转速下进行挤压成型，成型混合物置于管式炉中，在高纯氮气保护氛围下，程序升温至600℃烧制2h，升温速率3℃/min，降温冷却后，得到高性能重金属钝化剂。
[0034](3)水环境应用：取0.5g(2)中获得的重金属钝化剂投加到100mL含50mg/L镉离子溶液中，置于摇床中充分振荡2h后取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重金属钝化剂，其特征在于，是由零价铁、硫化钙、碳、粘土类材料复合而成。2.根据权利要求1所述的金属钝化剂，其特征在于，所述的零价铁和硫化钙负载于碳和粘土材料上；所述的粘土类材料选自凹凸棒石或者膨润土。3.根据权利要求1所述的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将硫酸钙类材料、铁源、生物质类材料以及粘土类材料混合，再经过球磨混合，成型后，煅烧处理。4.根据权利要求3所述的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，原料的混合质量比为酸钙类材料10％～15％，铁源10％～15％，生物质类材料15％～25％，粘土类材料45％～65％；各个原料需要经过粉碎、水洗、烘干处理；烘干温度60～100℃。5.根据权利要求3所述的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，所述的硫酸钙类材料选自然石膏或工业废弃石膏；所述废弃石膏选自磷石膏、脱硫石膏或者钛石膏等；更优选地，为采用CaSO4·
2H2O；所述的铁源选自天然含铁矿物或者工业废弃含铁物；所述的天然含铁矿物选自赤铁矿或者磁铁矿等；所述的工业废弃含铁物选自赤泥或者钢渣等；所述的生物质类材料选自植物源含碳材料或者动物源含碳材...

【专利技术属性】
技术研发人员：严玉波，周蕾，杜梦，陈兆兰，毛恒洋，曹远鑫，李桥，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：发明
国别省市：