一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料及制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料及制备方法、应用，步骤如下：将蒙脱石和氢氧化钙粉末按比例置于反应容器中，加入相同质量的水，保持混合物湿度为100％，在室温下振荡搅拌，均匀分散；将得到的产物置于烘箱中烘烤，然后置于加压器中制得圆柱状钝化材料；将圆柱状钝化材料高温烘干收缩后，最后将其切成大颗粒钝化材料。本发明专利技术利用蒙脱石吸水膨胀后的强大吸附力和粘黏性使粉末钝化材料均匀分散且发生交联，再利用蒙脱石高温脱水后的体积收缩特性进一步使粉末材料紧密固定，使粉末材料变为大颗粒材料，撒施不会产生扬尘，提高操作性和安全性。提高了钝化材料释放氢氧根离子的缓释性能，减小生态毒性，且改性后不影响其对镉的钝化效果。影响其对镉的钝化效果。影响其对镉的钝化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料及制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及镉污染修复材料
，具体涉及一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料及制备方法、应用。

技术介绍

[0002]2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示我国土壤点位超标率为16.1％，其中镉超标问题最为严重，点位超标率达7％。无论是西南、中南地区，还是长三角、珠三角以及辽宁和西北地区，镉都是农田首要控制污染物。农田镉污染导致“镉大米”、“重金属蔬菜”等事件频发，直接威胁到我国农产品质量安全和农业可持续发展。针对我国农田镉污染程度低、面积大和农田农用等特点，亟需研发高效、经济、快速、简便、可复制易推广的农田安全利用技术。
[0003]目前关于镉污染土壤治理与安全利用的研究有很多，包括镉低积累品种选育、钝化剂研制与应用、种植制度调整与农艺技术等。镉低积累品种主要通过减少根系镉吸收或降低地上部镉转运的方式减少可食部镉累积量；钝化剂研制较多，包括石灰、有机肥、生物炭、海泡石、羟基磷灰石等，其主要通过提高土壤pH、改变镉的形态、降低土壤中有效镉含量的方式，能够一定程度降低作物对镉的吸收；农艺技术主要通过改变土壤环境的Eh等理化性质从而影响土壤镉的形态转化过程，进而影响植物镉的吸收量。
[0004]原位钝化技术是目前常用的修复方法，主要通过向土壤中加入碱性或吸附材料，使重金属在土壤中发生吸附、络合、沉淀和离子交换等过程，降低土壤镉的生物有效性，从而减少作物对镉的吸收(刘艺芸等，2021；杜彩艳等，2019)。该技术由于成本低、时效性高，适用于大面积轻中度镉超标农田的安全生产，是当前研究的热点(王宗亚等，2021；王科积等，2020；L i等，2019)。目前常用的钝化材料包括石灰、黏土矿物、沸石、磷酸盐等，通过提高土壤pH，使土壤镉与碳酸盐及氢氧化物形成沉淀的同时增大土壤对镉的吸附量，以降低土壤镉生物有效性及移动性，减少农作物的吸收累积。因该类材料价格相对低廉、地壳储量大、对重金属固定效果较好且对土壤质地结构、理化性质影响较小，近些年来被广泛应用于重金属污染农田土壤的修复。
[0005]目前绝大多数钝化材料在应用的过程中仍受到两大方面的限制：一方面为碱性钝化材料的操作性和安全性较差。当前钝化剂中以碱性材料施用效果最好，其中熟石灰应用最为广泛，但由于多数材料粒径小，呈细粉末状，施撒过程中极易起扬尘，强烈刺激人眼和皮肤，危害施工人员人身安全，严重影响该材料的可操作性和施工成本。另一方面为碱性钝化材料快速释放引起的急性生态毒性。熟石灰施入土壤后快速释放氢氧根离子，提高土壤pH，造成鱼类、泥鳅等土壤生物快速死亡，对土壤生态系统具有较强的破坏作用。
[0006]因此，亟需一种能提高操作性和安全性，且在不影响其对镉的钝化效果的基础上减小钝化材料施入土壤后的生态毒性的钝化材料及制备方法。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料及制备方法、应用，通过利用蒙脱石吸水膨胀后的强大吸附力和粘黏性以及脱水后的收缩性，使氢氧化钙细颗粒紧密固定且均匀分散于蒙脱石颗粒之中，解决了上述
技术介绍
中提到的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料，所述钝化材料包括蒙脱石粉末和氢氧化钙粉末的原料制成，所述蒙脱石和氢氧化钙的质量比为1:1，所述钝化材料为圆柱状颗粒材料。
[0009]优选的，所述的钝化材料高为4
‑
6mm，横截面直径为4
‑
6mm。进一步的优选，高为5mm，横截面直径为5mm。
[0010]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供了一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、将蒙脱石和氢氧化钙粉末按比例置于反应容器中，加入相同质量的水，保持混合物湿度为100％，在室温下振荡搅拌，使蒙脱石吸水膨胀，氢氧化钙均匀分散；
[0012]S2、将经步骤S1后的产物置于烘箱中烘烤，然后置于加压器中制得圆柱状钝化材料；
[0013]S3、将圆柱状钝化材料烘干后，使蒙脱石脱水收缩而紧密固定氢氧化钙颗粒，最后将其切成大颗粒钝化材料。
[0014]优选的，所述蒙脱石粉末的粒径为5
‑
15μm；所述氢氧化钙粉末的粒径为5
‑
15μm。
[0015]优选的，所述蒙脱石粉末的粒径为10μm；所述氢氧化钙粉末的粒径为10μm。
[0016]优选的，所述步骤S1中振荡搅拌，振荡时间为2
‑
3h，搅拌转速为150
‑
200rpm。
[0017]优选的，所述步骤S2中烘烤温度为70
‑
80℃，烘箱中烘烤至湿度为20％
‑
25％时停止烘烤。
[0018]优选的，所述的加压器为活塞加压装置，其出口直径为4
‑
6mm的圆形出口。进一步的优选，出口直径为5mm。
[0019]优选的，所述步骤S3中的烘干温度为300
‑
400℃。
[0020]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供了一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料的应用，其特征在于：利用该钝化材料释放氢氧根离子的缓释性能，将该钝化材料应用于镉污染的土壤，减小施入土壤后的生态毒性。
[0021]本专利技术所述的大颗粒镉钝化材料的释放速率远低于的粉末钝化材料，克服了粉末钝化材料可操作性和安全性差、生态毒性高的问题，且对具备与粉末材料相似的镉污染修复效果。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术方法利用蒙脱石吸水膨胀后的强大吸附力和粘黏性使粉末钝化材料均匀分散且发生交联，再利用蒙脱石加温脱水后的体积收缩特性进一步使粉末材料紧密固定，能够改善钝化材料的物理性状，使粉末材料变为大颗粒材料，更易撒施且不会产生扬尘，提高操作性和安全性。使钝化材料既发生团聚，而又使细颗粒分散排列，施入土壤吸水膨胀后又能缓慢释放出来，pH在4小时后才达到最高值，提高了钝化材料释放氢氧根离子的缓释性能，减小钝化材料施入土壤后的生态毒性，避免pH快速提升而杀死环境中的生物，故不会造成急性生态毒性，且钝化材料改性后，不影响其对镉的钝化效果。
附图说明
[0023]图1为本专利技术制备方法步骤流程示意图；
[0024]图2为实施例1中蒙脱石粉末和大颗粒材料对pH的动态影响图；
[0025]图3为实施例1中蒙脱石粉末和大颗粒材料对镉的钝化效果图；
[0026]图4为实施例2中蒙脱石和氢氧化钙3:1粉末和大颗粒材料对pH的动态影响图；
[0027]图5为实施例2中蒙脱石和氢氧化钙3:1粉末和大颗粒材料对镉的钝化效果图；
[0028]图6为实施例3中蒙脱石和氢氧化钙2:1粉末和大颗粒材料对pH的动态影响图；
[0029]图7为实施例3中蒙脱石和氢氧化钙2:1粉末和大颗粒材料对镉的钝化效果图；
[0030]图8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料，其特征在于，所述钝化材料包括蒙脱石粉末和氢氧化钙粉末的原料制成，所述蒙脱石和氢氧化钙的质量比为1:1，所述钝化材料为圆柱状颗粒材料。2.根据权利要求1所述的以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料，其特征在于：所述的钝化材料高为4
‑
6mm，横截面直径为4
‑
6mm。3.一种根据权利要求1或2所述的以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、将蒙脱石和氢氧化钙粉末按比例置于反应容器中，加入相同质量的水，保持混合物湿度为100％，在室温下振荡搅拌，使蒙脱石吸水膨胀，氢氧化钙均匀分散；S2、将经步骤S1后的产物置于烘箱中烘烤，然后置于加压器中制得圆柱状钝化材料；S3、将圆柱状钝化材料烘干后，使蒙脱石脱水收缩而紧密固定氢氧化钙颗粒，最后将其切成大颗粒钝化材料。4.根据权利要求3所述的以蒙脱石为基底的大颗粒钝化材料的制备方法，其特征在于：所述蒙脱石粉末的粒径为5
‑
15μm；所述氢氧化钙粉末的粒径为5
‑
15μm。5.根据权利要求4所述的以蒙脱石为基底的大颗粒钝化...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄高翔，黄柯依，任雯靖，丁明军，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：