【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，具体涉及一种基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂及其制备方法。
技术介绍
1、土壤重金属污染是全球范围内广泛存在的生态环境问题，尤其在工业化和矿产资源丰富的地区尤为突出。无论是农业用地还是城市绿地，土壤中的重金属污染都会对植物、动物乃至人类健康产生长期且不可逆的影响。因此，改善和修复重金属污染土壤成为当前环境治理中亟需解决的关键问题之一。现有的修复方法包括物理修复、化学修复和生物修复等，但其中，基于化学吸附和固定的修复剂技术因其便捷性和高效性，逐渐成为主流发展方向。在这一背景下，开发出具有高效吸附能力、低环境风险且经济可行的土壤修复剂显得尤为重要。以生物质电厂灰为基础的修复剂因其来源广泛、成本低廉且具备多孔结构，能够有效吸附和固定重金属离子，减少其迁移性和生物可利用性，成为一种极具潜力的材料。然而，要实现这一应用的广泛推广，修复剂不仅需要具备优异的吸附性能，还需满足在复杂环境中的长期稳定性，确保其在不同的土壤类型、湿度和温度变化下都能够保持持续的修复效果。因此，在实际应用中，开发出兼具高吸附效率、良好环境稳定性以及低成本的土壤修复剂不仅能够显著提升土壤修复的效果，还能为大规模土壤修复工程项目提供技术支持，从而推动整个环保行业的进步。
2、尽管生物质电厂灰在土壤重金属修复领域展现出良好的应用前景，但当前相关技术仍存在一些不足之处。如公开号为cn117821078a的中国专利公开了一种基于生物质电厂灰的土壤调理剂及其制备方法，但其在材料的孔隙结构设计虽然提升了吸附能
技术实现思路
1、(1)解决的技术问题
2、本专利技术的目的是提供基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂及其制备方法，解决目前土壤重金属污染修复剂在土壤重金属污染的改良和修复效果不足的问题。
3、(2)技术方案
4、为了实现上述目的，本专利技术提供如下的技术方案：
5、基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性多孔生物质电厂灰30～45份，聚合物改性膨润土4.5～9.0份，土壤改性修复剂3～7份，黏土矿物1.5～4.5份；
6、所述的表面改性多孔生物质电厂灰由γ-氨丙基三乙氧基硅烷和腐殖酸表面改性多孔生物质电厂灰团簇制备而成；
7、所述的多孔生物质电厂灰团簇由生物质电厂灰通过液氮冷冻、冷冻干燥和研磨过筛获得；
8、所述的聚合物改性膨润土由丙烯酸和羧甲基纤维素钠单体通过聚合反应改性膨润土获得；
9、所述的多孔生物质电厂灰团簇平均直径为100～200μm；
10、所述的多孔生物质电厂灰的比表面积为300～500m2/g；
11、所述的多孔生物质电厂灰的多孔结构为鱼骨状结构，所述的多孔孔隙间距为1.0～3.5μm。
12、进一步，所述的表面改性多孔生物质电厂灰的制备方法为：以重量份数计，将20～35份多孔生物质电厂灰团簇、2.0～5.0份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、1.0～3.0份腐殖酸和100～150份乙醇加入容器中，在室温下以转速为200～400rpm搅拌120～360min，然后过滤保留滤渣，将滤渣在室温下完全真空干燥获得表面改性多孔生物质电厂灰。
13、进一步，所述的多孔生物质电厂灰团簇的制备方法如下：以重量份数计，将生物质电厂灰依次经过清洗、粉碎、过筛和干燥获得预处理生物质电厂灰，将10～25份预处理生物质电厂灰、1.0～2.5份葡萄糖、2.0～5份黏土矿物和100份水混合均匀后加入柱状玻璃管中，然后将其垂直浸入液氮中进行冷冻，待冰晶前沿从柱状玻璃管外侧到内侧中心汇合后，随后将其采用冷冻干燥法进行完全干燥，然后取出柱状玻璃管中的冷冻干燥后的葡萄糖-生物质电厂灰复合物，随后将其放入管式炉中，以在氮气气氛下，在温度为600～800℃下裂解120～240min，冷却到室温后将试样轻微研磨过筛获得多孔生物质电厂灰团簇。
14、进一步，所述的液氮冷冻温度为-50～-80℃，冷冻速率为6～10℃/min。
15、本专利技术采用表面改性多孔生物质电厂灰团簇的设计主要用于改善土壤的重金属污染修复性能。通过对多孔生物质电厂灰团簇的精细化结构设计以及表面化学改性，本专利技术旨在显著提升其对土壤中重金属离子的吸附能力、稳定性和长效性，以有效抑制重金属的迁移性和生物有效性，达到持久修复土壤的效果。首先，生物质电厂灰作为主要原料，经过清洗、粉碎、过筛和干燥等一系列预处理步骤，获得了粒径均匀的预处理生物质电厂灰。通过冷冻干燥法构建多孔结构，冷冻温度控制在-50至-80℃之间，冷冻速率为6至10℃/分钟。这一过程通过调控冰晶的生长，形成了鱼骨状的多孔结构。鱼骨状结构具有良好的孔隙分布，孔隙间距在1.0至3.5μm之间，这种结构不仅大幅增加了材料的比表面积(可达300至500m2/g)，还为重金属离子的传输和吸附提供了更多的物理通道。冷冻干燥后，经过600至800℃的裂解过程，使多孔结构得到进一步稳定，并确保材料的机械强度和耐用性。在表面改性过程中，本专利技术选用了γ-氨丙基三乙氧基硅烷和腐殖酸作为主要改性剂。γ-氨丙基三乙氧基硅烷通过硅烷偶联反应，与生物质电厂灰中的硅酸盐和铝酸盐反应，形成有机-无机复合材料。这种复合材料不仅增强了材料的机械稳定性，还通过氨基等官能团的引入，提升了团簇与重金属离子的络合作用。腐殖酸作为天然的有机高分子材料，富含羧基、羟基等多种官能团，能够通过络合、螯合和离子交换作用，与重金属离子形成稳定的络合物，从而进一步增强材料的吸附能力和稳定性。此外，葡萄糖在冷冻干燥前作为模板剂，与生物质电厂灰和黏土矿物形成复合物，经过冷冻干燥和裂解后，葡萄糖被去除，留下了优化的孔隙结构。这一过程显著提升了材料的孔隙率，为重金属离子在材料中的扩散和吸附提供了充足的空间。黏土矿物的加入也发挥了重要作用，其自身的高阳离子交换容量进一步提高了材料的吸附能力，同时改善了材料的分散性，增强了其在实际土壤修复中的应用效果。多孔生物质电厂灰团簇的平均直径控制在100至200μm之间，这一范围保证了材料在土壤中的可操作性和分散性，有助于提高其在实际应用中的吸附效率。通过各组分的协同作用，本专利技术设计的多孔生物质电厂灰团簇在比表面积、孔隙率、化学稳定性和吸附能力等方面均表现出显著的提升，能够有效捕捉并固定土壤中的重金属离子。综上所述，本专利技术通过对多孔生物质电厂灰团簇的结构与表面化学性质的精细调控，利用冷冻干燥和表面改性技术的协同作用，使材料具有优异的重金属吸附性能。多孔结构提供了充足的物理吸附本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性多孔生物质电厂灰30～45份，聚合物改性膨润土4.5～9.0份，土壤改性修复剂3～7份，黏土矿物1.5～4.5份；
2.如权利要求1所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的表面改性多孔生物质电厂灰的制备方法为：以重量份数计，将20～35份多孔生物质电厂灰团簇、2.0～5.0份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、1.0～3.0份腐殖酸和100～150份乙醇加入容器中，在室温下以转速为200～400rpm搅拌120～360min，然后过滤保留滤渣，将滤渣在室温下完全真空干燥获得表面改性多孔生物质电厂灰。
3.如权利要求2所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的多孔生物质电厂灰团簇的制备方法如下：以重量份数计，将生物质电厂灰依次经过清洗、粉碎、过筛和干燥获得预处理生物质电厂灰，将10～25份预处理生物质电厂灰、1.0～2.5份葡萄糖、2.0～5份黏土矿物和100份水混合均匀后加入柱状玻璃管中，然后将其垂直浸入液氮中进行液氮冷冻，待冰
4.如权利要求1或3所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的液氮冷冻温度为-50～-80℃，冷冻速率为6～10℃/min。
5.如权利要求1所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的聚合物改性膨润土的制备方法为：以重量份数计，将50～75份膨润土、2.4～5.4丙烯酸、1.5～4.5份碳酸钠和100份水加入反应釜中以搅拌速度为100～200rpm搅拌30～45min，然后加入0.4～0.9份羧甲基纤维素钠，接着将溶液加热至70～80℃，加入1.0～3.5份N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和0.2～0.8份过硫酸钾继续搅拌60～120min发生聚合反应，反应完成后过滤溶液保留滤渣，然后用去离子水洗涤滤渣3次，最后再室温下真空干燥至恒重得到聚合物改性膨润土。
6.如权利要求5所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的丙烯酸和羧甲基纤维素钠的质量比为6:1。
7.如权利要求1所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的土壤改性修复剂为磷酸盐和石灰石按照质量比为(2～3):1混合而成。
8.如权利要求7所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的磷酸盐为磷酸三钙、磷酸一钙、磷酸二氢钙或磷酸铁中任意一种。
9.如权利要求1所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的黏土矿物为蒙脱石、凹凸棒石、沸石和蛭石按照质量比为4：2:2.5:1.5混合而成。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，以重量份数计，包括以下组成成分：表面改性多孔生物质电厂灰30～45份，聚合物改性膨润土4.5～9.0份，土壤改性修复剂3～7份，黏土矿物1.5～4.5份；
2.如权利要求1所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的表面改性多孔生物质电厂灰的制备方法为：以重量份数计，将20～35份多孔生物质电厂灰团簇、2.0～5.0份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、1.0～3.0份腐殖酸和100～150份乙醇加入容器中，在室温下以转速为200～400rpm搅拌120～360min，然后过滤保留滤渣，将滤渣在室温下完全真空干燥获得表面改性多孔生物质电厂灰。
3.如权利要求2所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的多孔生物质电厂灰团簇的制备方法如下：以重量份数计，将生物质电厂灰依次经过清洗、粉碎、过筛和干燥获得预处理生物质电厂灰，将10～25份预处理生物质电厂灰、1.0～2.5份葡萄糖、2.0～5份黏土矿物和100份水混合均匀后加入柱状玻璃管中，然后将其垂直浸入液氮中进行液氮冷冻，待冰晶前沿从柱状玻璃管外侧到内侧中心汇合后，随后将其采用冷冻干燥法进行完全干燥，然后取出柱状玻璃管中的冷冻干燥后的葡萄糖-生物质电厂灰复合物，随后将其放入管式炉中，以在氮气气氛下，在温度为600～800℃下裂解120～240min，冷却到室温后将试样轻微研磨过筛获得多孔生物质电厂灰团簇。
4.如权利要求1或3所述的基于生物质电厂灰的土壤重金属污染修复剂，其特征在于，所述的液...
【专利技术属性】
技术研发人员：张军正，刘沙沙，郭林，马晓宇，陈震，李一伦，冯晨，黄杨，吴明明，苏建仓，孙学静，
申请(专利权)人：河南省地质研究院，
类型：发明
国别省市：
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