欢迎光临小豌豆知识网!
当前位置:首页 > 运输技术 > 废料处理> 一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法独创技术35344字

一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法

2020-11-03 15:56:31

  一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法

  技术领域

  本发明属于土壤重金属修复领域,具体涉及一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法。

  背景技术

  近年来,由于土壤环境中污染物含量不断提高,重金属污染问题已经引起学术界、政府和公众的广泛关注。重金属可以通过各种途径进入土壤,不易随水淋溶,微生物难以降解,具有明显的生物富集作用。土壤污染有较长的潜伏期,具有隐蔽性、不可逆性、普遍性、表聚性等特征,对生态环境和人体健康造成威胁。

  场地土壤重金属污染主要以铅、镉、砷、铜、锌、镍等为主,且大多以复合污染的形式出现,与单一重金属污染不同,复合污染中不同重金属元素的修复要求不同,且不同重金属元素间会互相影响修复效果,增大了修复风险。其中,以砷和镉伴生复合污染最具代表性,许多采矿厂、金属冶炼厂附近的土壤都同时伴随着砷镉复合污染。砷在氧化还原电位较高、弱酸性和中性条件下主要以H2AsO4-的形态存在,在土壤中更稳定;而镉在氧化还原电位较低和碱性条件下更稳定,这是因为当土壤pH升高,提高了土壤中有机、无机胶体等对镉的吸附,从而提高了土壤中结合态镉含量,土壤中的OH-与镉离子结合成难溶的氢氧化镉。不同重金属间的拮抗作用给场地重金属污染土壤修复带来巨大的难题。

  针对该问题,目前国内多数采用稳定化技术,该技术的核心之一是稳定化材料,国内基于工程应用研发复合污染土壤稳定化药剂的主要思路之一是将不同特性的化学材料配伍,其成本低,在较短的时间内可满足修复要求,但这些稳定化材料易受土壤酸碱度、有机质含量等因素的影响,稳定化材料对重金属的修复效果存在差异,而且不同重金属种类、浓度、材料与土壤重金属污染物的相互作用也会影响材料修复效果;该类材料构成多为酸性和碱性材料复配,不易储存,在运输过程中,容易相互反应发热而产生危险;稳定化材料修复效果还会受外界环境变化和水分含量影响,伴随着降雨冲刷、淹水处理或者土壤pH降低,原有吸附的重金属可能发生二次释放,产生环境危害;市场上粉末材料较多,在施用过程中,易产生扬尘,进而提高操作难度,造成浪费和二次污染;因此,针对场地的复合污染特点,研究砷镉污染修复材料是当前的研究关键点。

  针对砷、镉单一污染土壤,有文献报道,钠钙镁盐或氢氧化物对镉有很好的稳定化效果。基于提高药剂组分协同作用效果目的开展了稳定化材料复配和组分结构优化研究,如董法秀等(2019)采用FeSO4和CaO复合稳定剂对砷、镉、铅、锌复合污染土壤进行稳定化,发现FeSO4和CaO的添加顺序直接影响砷、镉、铅、锌稳定效果,在一定添加顺序和组分结构优化的条件下,可以减弱As、Cd、Zn之间的拮抗作用。已有大量文献报道,含铁锰材料对砷有较强的结合能力,能降低土壤中砷的生物有效性。Sun等(2015)通过研究海泡石、赤泥、铁砂、石膏、水铁矿、磷酸铁和层状氧化物等七种无机修复剂对土壤砷有效性的影响,发现这些材料均可显著减少污染土壤中砷的生物有效性,但水铁矿效果最好。莫小荣等(2017)添加硫化亚铁、电石渣、菌渣复配材料稳定处理砷污染土壤,结果表明其可大幅度降低土壤砷的浸出浓度和生物有效性,且在pH偏中性和酸性更有利于砷的稳定。因此,如何将钠钙镁盐或氢氧化物与含铁锰材料的稳定化作用结合,制备出复合稳定化材料,解决组分材料易相互反应,效果易受外界环境条件变化及施用困难等的问题,从而同时稳定化土壤中砷镉,具有重要的意义。

  目前已有一些关于包裹材料的研究,以往的包裹材料虽然具有包芯-包囊结构,可以达到对砷镉的稳定化效果,但有如下缺点:(1)制备过程所用材料种类繁杂,如:生物碳、金属硅酸盐、乳化剂、催化剂和还原剂等,要求纯度高,价格昂贵且不绿色;(2)制备步骤复杂,通常涉及生物质高温碳化活化,含铁等材料的氧化还原反应,包芯和包囊分两步制备等多个步骤,反应剧烈且耗能;(3)有效成分多采用全包裹法,将全部有效成分造粒包裹,使得材料释放速率受限,不易控制多种有效成分的释放速度,进而影响稳定化效率。

  发明内容

  本发明旨在针对现有技术中的不足,本发明的一个目的在于提供一种半包裹稳定化材料,有效成分采用半包裹法,材料释放速率不受限,容易控制多种有效成分的释放速度,具有高稳定化率。

  本发明的另一个目的在于提供一种半包裹稳定化材料的制备方法,所用原材料的纯度和成分不受特别的限制,制备方法简单,包芯和包囊一步即可制得。

  本发明的另一个目的在于提供一种半包裹稳定化材料的使用方法,该稳定化材料具有高稳定化率、性能稳定、保持长期的有效性、易储存和易使用的特点,有利于土壤砷镉重金属污染修复。

  一种半包裹稳定化材料的制备方法,包括以下步骤:

  S1、将盐和/或氢氧化物配成浆液,其中所述盐为钠盐、钙盐和镁盐的至少一种;

  S2、搅拌硅酸盐矿物,同时将所述浆液加入至所述硅酸盐矿物中,搅拌均匀后得到浆液和硅酸盐矿物的混合物;

  S3、将所述浆液和硅酸盐矿物的混合物造粒、干燥,得到包裹材料;

  S4、加入铁化合物和/或锰化合物,与所述包裹材料混合,获得半包裹稳定化材料。

  本发明采用半包裹方法制备,即将钠盐、钙盐和镁盐和/或氢氧化物作为包芯,硅酸盐矿物作为包囊,一步法制备包裹材料,另一有效成分为铁化合物和/或锰化合物,不进行包裹,制备工艺简单,材料成本低,有效防止成分相互反应,有效发挥各有效成分对多种重金属的稳定化作用,达到同时稳定化砷和镉的目的,与传统稳定化材料相比,稳定化性能稳定,可以保持长期有效性,易储存,易使用,可应用于重金属复合污染场地修复。

  优选地,S3中先在所述浆液和硅酸盐矿物的混合物中加入粘合剂溶液,再搅拌均匀后造粒、干燥;

  所述粘合剂添加的质量为所述浆液和硅酸盐矿物的混合物质量的0.25-2%;进一步优选地,为0.25-1%;进一步优选地,为0.3%;

  S3中粘合剂溶液中粘合剂的质量分数为1-3%,进一步优选地,为2-3%,进一步优选地,为2%;

  S3中搅拌的时间为8-15min,干燥的温度为100-110℃。进一步优选地,S3中搅拌的时间为12-15min,干燥的温度为105-110℃。

  在浆液和硅酸盐矿物的混合物中加入粘合剂溶液,以造粒形成以钠盐、钙盐和镁盐和/或氢氧化物为包芯,硅酸盐矿物为包囊的包裹材料,包芯和包囊的比例适宜,粘合剂的添加适量,避免包芯被过度包裹,影响有效成分在土壤中的释放和扩散;采用包裹材料与铁化合物和/或锰化合物按照一定比例配伍的方法,使铁化合物和/或锰化合物与砷充分稳定化,包芯材料缓慢释放,与土壤中镉结合,有效减弱砷镉之间的拮抗作用。由此,该半包裹稳定化材料对砷镉等具有拮抗作用的重金属的稳定化能力强,性能稳定,可长期有效,且易储存,易使用。

  优选地,S2中所述浆液的质量分数≥30%,所述浆液的体积与所述硅酸盐矿物的质量比为1:4-4:1mL/g,进一步优选地,所述浆液的体积与所述硅酸盐矿物的质量比为1:2-2:1mL/g,进一步优选地,为1:1mL/g;

  S2中所述浆液滴加至所述硅酸盐矿物中;

  S2中将所述浆液加入所述硅酸盐矿物后搅拌的时间为8-15min。

  优选地,所述盐为碳酸钠、碳酸钙和碳酸镁中的至少一种,所述氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化镁中的至少一种,优选地,所述盐和/或氢氧化物为氢氧化钙;

  所述硅酸盐矿物为海泡石、膨润土、蒙脱土、高岭土、沸石中的至少一种,优选地,为沸石。

  优选地,所述粘合剂为聚合氯化铝、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、淀粉中的至少一种,优选地,为聚合氯化铝。

  优选地,所述铁化合物为聚合硫酸铁、七水硫酸亚铁、无水氯化铁中的至少一种,所述锰化合物为无水氯化锰和硫酸锰中的至少一种,优选地,所述铁化合物和/或锰化合物为七水硫酸亚铁;

  S4中所述铁化合物和/或锰化合物的质量与所述包裹材料质量的比值为1:4-4:1,进一步优选地,S4中所述铁化合物和/或锰化合物的质量与所述包裹材料质量的比值为4:1-1:1,进一步优选地,为3.25:1。

  本发明还公开了一种半包裹稳定化材料,所述半包裹稳定化材料利用上述方法制备得到。该稳定化材料对砷镉等具有拮抗作用的重金属的稳定化能力强,性能稳定,可长期有效,且易储存,易使用。

  优选地,所述包裹材料的平均粒径为2-6mm,优选地,为2-4mm。

  本发明还公开了一种半包裹稳定化材料的使用方法,包括以下步骤:

  土壤筛分自然晾干后,向土壤中施用半包裹稳定化材料,混合均匀,所述半包裹稳定化材料与土壤的质量比为1:100-3:100,施用时土壤含水率为10-30%,养护1-3天即可。

  养护后再取样做浸出毒性实验,测定稳定化率。由此,该稳定化材料通过半包裹盐和/或氢氧化物以造粒,同时比例配伍含铁化合物和/或锰化合物的方法,对例如砷镉等重金属复合污染的稳定化能力显著提高,稳定化率可长期稳定,易储存,易使用,且成本低。

  优选地,所述半包裹稳定化材料与土壤质量比为2:100-3:100,优选地,为2:100;

  所述土壤含水率为20-30%,优选地,为20%;

  所述养护时间为1-2天,优选地,为1天。

  本发明具有下列优点:

  1、本发明的半包裹稳定化材料,与传统的全包裹法和简单复配法相比,利用半包裹法,只需将盐和/或氢氧化物直接用硅酸盐矿物进行包裹,不需要再单独制备包囊;利用配伍法,将包裹材料与铁化合物和/或锰化合物进行比例配伍,不但可以克服盐和/或氢氧化物与铁化合物和/或锰化合物之间混合后产生化学反应而降低或丧失各自对土壤重金属的稳定化功能,而且对砷镉等酸根态和阳离子态重金属复合污染都具有较好的稳定化效果。

  2、本发明的半包裹稳定化材料,颗粒均匀,使用方便,不易形成扬尘,本稳定化材料施用后可高效稳定化多种重金属,用量少,节约材料和人力。

  3、本发明的半包裹稳定化材料,包芯浆液与包囊通过简单廉价的一步半包裹法成粒,包囊可有效阻隔包芯与铁化合物和/或锰化合物之间的反应,并且可以缓慢释放包芯有效成分,因此,本半包裹稳定化材料易于储存,并且可以持续稳定土壤中重金属。

  4、本发明材料制备所采用的原材料来源广泛、价格低廉;且制备方法简单,生产周期短,易于大规模工厂化生产。

  附图说明

  图1为不同粘合剂添加比例制备的半包裹稳定化材料施用对土壤砷镉稳定化效果影响;

  图2为不同纯度原料制备的半包裹稳定化材料施用对土壤砷镉稳定化效果影响;

  图3为单一包芯材料施用对土壤砷镉的稳定化效果;

  图4为单一包囊材料施用对土壤镉稳定化效果;

  图5为单一铁化合物和/或锰化合物施用对土壤砷稳定化效果;

  图6为不同半包裹稳定化材料施用对土壤砷镉的稳定化效果;

  图7为不同含水率土壤对半包裹稳定化材料砷镉稳定化效果影响;

  图8为不同养护时间对半包裹稳定化材料砷镉稳定化效果影响;

  图9为不同放置时间的半包裹稳定化材料施用对土壤砷镉稳定化效果影响。

  具体实施方式

  下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

  需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。

  半包裹稳定化材料及其制备方法

  根据本发明的第一方面,本发明提供了一种半包裹稳定化材料的制备方法。根据本发明实施例的半包裹稳定化材料的制备方法,在搅拌条件下,采用半包裹造粒法,将盐和/或氢氧化物包芯浆液逐滴加入到硅酸盐矿物中,再加入粘合剂溶液,以造粒形成包芯-包囊结构,包芯和包囊的比例适宜,粘合剂添加适量,避免包芯被过度包裹,影响有效成分在土壤中的释放和扩散;采用包裹材料与铁化合物和/或锰化合物按照一定比例配伍的方法,使铁化合物和/或锰化合物与砷充分稳定化,包芯材料缓慢释放,与土壤中镉结合,有效减弱砷镉之间的拮抗作用。由此,该低成本半包裹稳定化材料对砷镉等具有拮抗作用的重金属的稳定化能力强,性能稳定,可长期有效,且易制备、易储存,易使用。

  根据本发明的实施例,对稳定化材料的制备方法进行解释说明,该方法包括:

  S100半包裹造粒处理

  根据本发明的实施例,将盐和/或氢氧化物配成质量分数为30%至饱和的浆液;在搅拌的条件下,将上述浆液用移液枪逐滴加入到硅酸盐矿物中,继续搅拌8-15min;向上述反应器中加入0-2%粘合剂溶液,再继续搅拌8-15min造粒,在100-110℃下干燥,以便得到以盐和/或氢氧化物为包芯,硅酸盐矿物为包囊的包裹材料。由此,包芯浆液与包囊通过简单廉价的一步合成法即可成粒,包囊可有效阻隔包芯与铁化合物和/或锰化合物之间的反应,并且可以缓慢释放包芯有效成分,达到同时长期稳定化砷镉且易储存易使用的多重目的。由此,制备的半包裹稳定化材料的稳定化率高、低成本、易制备且易调控。

  根据本发明的实施例,所用原材料的纯度和成分不受特别的限制,只要对重金属具有良好的稳定化效果,都可以用该制备方法进行调整即可。发明人采用成分简单且价格低廉的包芯(盐和/或氢氧化物)、包囊(硅酸盐矿物)和铁化合物和/或锰化合物作为原料,粘合剂添加比例为0-2%。通过粘合剂的单因素实验,由图1可知,添加与不添加粘合剂制备的半包裹稳定化材料对砷镉稳定化率相差不大。通过原料纯度对比实验可知,如图2所示,分析纯级和工业级的材料制备的半包裹稳定化材料对稳定化率影响甚微。制备过程利用硅酸盐矿物本身遇水易团结的特性,在常温常压下即可制备;采用半包裹法进行造粒,可以通过调整硅酸盐矿物的比例控制包芯的释放。所述盐为钠盐、钙盐和镁盐的至少一种,具体为碳酸钠、碳酸钙和碳酸镁中的至少一种,所述氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化镁中的至少一种。根据本发明的优选实施例,所述盐和/或氢氧化物优选为氢氧化钙。根据本发明的实施例,该硅酸盐矿物为海泡石、膨润土、蒙脱土、高岭土、沸石中的至少一种,根据本发明的优选实施例,该硅酸盐矿物为沸石。根据本发明的实施例,所述浆液的体积与所述硅酸盐矿物的质量比为1:4-4:1mL/g,根据本发明的优选实施例,该体积质量比为1:1mL/g。根据本发明的实施例,该粘合剂为聚合氯化铝、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、淀粉中的至少一种,根据本发明的优选实施例,该粘合剂为聚合氯化铝。根据本发明的实施例,该粘合剂的添加量为包裹材料质量的0-2%,根据本发明的优选实施例,该粘合剂添加量为0.3%。由此,半包裹造粒可在常温下一步完成,包芯包囊种类和比例可调控,对重金属的稳定化率高。

  S200比例配伍处理

  根据本发明的实施例,将包裹材料与铁化合物和/或锰化合物进行配伍,以便获得所述稳定化材料。由此,在配伍处理后,保证包裹材料和铁化合物和/或锰化合物的配比适宜,可以同时稳定化砷镉等具有拮抗作用的重金属,性能稳定且长期有效,易储存,易使用。

  根据本发明的实施例,所述铁化合物为聚合硫酸铁、七水硫酸亚铁、无水氯化铁中的至少一种,所述锰化合物为无水氯化锰和硫酸锰中的至少一种;根据本发明的优选实施例,该铁化合物和/或锰化合物为七水硫酸亚铁。根据本发明的实施例,S4中所述铁化合物和/或锰化合物的质量与所述包裹材料质量的比值为1:4-4:1,根据本发明的优选实施例,该质量比为3.25:1。由此,对于重金属污染程度和污染类型不同的土壤,配伍方法便于调控包芯、包囊和铁化合物和/或锰化合物的种类和比例,使半包裹稳定化材料对重金属的稳定化效果更好。

  根据本发明的实施例,将包裹材料与七水硫酸亚铁按照1:3.25的质量比进行配伍,以便获得该稳定化材料。由此,包裹材料与七水硫酸亚铁配伍比例适宜,有利于半包裹稳定化材料充分稳定化土壤中的砷镉等重金属。

  在此基础上,根据本发明的第二方面,本发明提供了一种半包裹稳定化材料。根据本发明的实施例,所述半包裹稳定化材料是利用前述的方法制备的。由此,该稳定化材料对对砷镉等具有拮抗作用的重金属的稳定化能力强,性能稳定,可长期有效,且易制备、易储存,易使用。

  根据本发明的实施例,包裹材料的平均粒径为2-6mm。根据本发明的优选实施例,所述包裹材料的平均粒径为2-4mm。由此,包裹材料的粒径恰当,包芯释放速率适宜,易使用且稳定化能力强。

  半包裹稳定化材料的使用方法

  进一步地,根据本发明的第三方面,本发明提供了前述的半包裹稳定化材料在治理土壤中重金属污染中的使用方法。根据本发明的实施例,该方法包括:在土壤筛分自然晾干后,向污染土壤中施用一定量的半包裹稳定化材料;均匀混合,施用时保证一定的土壤含水率;养护数天后,再取样做浸出毒性实验,测定稳定化率。

  根据本发明的实施例,该重金属污染为砷等酸根态重金属和镉等阳离子态重金属复合污染。土壤环境中普遍存在酸根态和阳离子态重金属,本发明实施例的半包裹稳定化材料对土壤环境中的酸根态和阳离子态重金属稳定化效果好,能有效应用于土壤中的重金属污染物稳定化处理。

  根据本发明实施例的使用方法,该稳定化材料通过半包裹钠钙镁盐或氢氧化物以造粒,同时比例配伍铁化合物和/或锰化合物的方法,对例如砷镉等重金属复合污染的稳定化能力显著提高,稳定化率可长期稳定,易储存,易使用,且成本低。

  根据本发明的实施例,该半包裹稳定化材料与土壤质量比为1:100-3:100,根据本发明的优选实施例,该半包裹稳定化材料与土壤质量比为2:100。由此,半包裹稳定化材料的投加量适宜,能有达到既不浪费稳定化材料又能达到较高的稳定化率的效果。

  根据本发明的实施例,该土壤含水率为10-30%,根据本发明的优选实施例,该土壤含水量率为20%。由此,半包裹稳定化材料的铁化合物和/或锰化合物和包芯的扩散和释放速率适宜,能够与污染土壤中的砷镉等酸根态和阳离子态重金属充分结合,稳定化修复效率高。

  根据本发明的实施例,该养护时间为1-3天,根据本发明的优选实施例,该养护时间为1天。由此,半包裹稳定化材料的效用可以充分被利用,且工程周期(养护时间)较短,可有效节省工程费用。

  下面参考具体实施例,对本发明进行说明,需要说明的是,这些实施例仅仅是说明性的,而不能理解为对本发明的限制。

  下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解,下面的实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品,例如可以采购自Sigma公司。

  实施例1半包裹稳定化材料(S1)的制备

  (1)将碳酸钙配成质量分数为30%的浆液;在搅拌的条件下,用移液枪逐滴加入到海泡石中,保证碳酸钙与海泡石的质量比为4:1,继续搅拌10min;

  (2)向(1)中加入为其总质量0.5%的2%聚乙烯醇溶液,再继续搅拌10min造粒,在105℃下干燥5小时,以便得到以碳酸钙为包芯,海泡石为包囊的包裹材料;

  (3)将(2)中包裹材料与铁化合物和/或锰化合物(聚合硫酸铁和硫酸锰)按照1:3的质量比进行配伍,以便获得半包裹稳定化材料。

  实施例2半包裹稳定化材料(S2)的制备

  (1)将氢氧化钙和氢氧化镁配成质量分数为40%的浆液;在搅拌的条件下,用移液枪逐滴加入到蒙脱土中,保证氢氧化钙和氢氧化镁与蒙脱土的质量比为1:3,继续搅拌10min;

  (2)向(1)中加入为其总质量1.5%的2%聚合氯化铝溶液,再继续搅拌10min造粒,在105℃下干燥,以便得到以氢氧化钙和氢氧化镁为包芯,蒙脱土为包囊的包裹材料,以及;

  (3)将(2)中包裹材料与七水硫酸亚铁按照2:1的质量比进行配伍,以便获得半包裹稳定化材料。

  实施例3半包裹稳定化材料(S3)的制备

  (1)将碳酸钙和碳酸钠配成质量分数为30%的浆液;在搅拌的条件下,用移液枪逐滴加入到沸石和膨润土中,保证碳酸钙和碳酸钠的质量和与沸石和膨润土的质量和的比值为3:1,继续搅拌10min;

  (2)向(1)中加入为其总质量1%的2%羧甲基纤维素溶液,再继续搅拌10min造粒,在105℃下干燥,以便得到以碳酸钙和碳酸钠为包芯,沸石和膨润土为包囊的包裹材料,以及;

  (3)将(2)中包裹材料与铁化合物和/或锰化合物(无水氯化铁和氯化锰)按照1:1的质量比进行配伍,以便获得半包裹稳定化材料。

  实施例4半包裹稳定化材料(S4)的制备

  (1)将氢氧化钙配成质量分数为40%的浆液;在搅拌的条件下,用移液枪逐滴加入到沸石中,保证氢氧化钙与沸石的质量比为1:1,继续搅拌10min;

  (2)向(1)中加入为其总质量0.3%的2%聚合氯化铝溶液,再继续搅拌10min造粒,在105℃下干燥,以便得到以氢氧化钙为包芯,沸石为包囊的包裹材料,以及;

  (3)将(2)中包裹材料与七水硫酸亚铁按照1:3.25的质量比进行配伍,以便获得半包裹稳定化材料。

  实施例5半包裹稳定化材料(S5)的制备

  (1)将碳酸钙和氢氧化钠配成质量分数为30%的浆液;在搅拌的条件下,用移液枪逐滴加入到海泡石和蒙脱土中,保证碳酸钙和氢氧化钠与海泡石和蒙脱土的质量比为1:2,继续搅拌10min;

  (2)向(1)中加入为其总质量0.8%的2%聚乙烯醇溶液,再继续搅拌10min造粒,在105℃下干燥,以便得到以碳酸钙和氢氧化钠为包芯,海泡石和蒙脱土为包囊的包裹材料,以及;

  (3)将(2)中包裹材料与含锰化合物(氯化锰和硫酸锰)按照1:1.5的质量比进行配伍,以便获得半包裹稳定化材料。

  实施例6半包裹稳定化材料(S6)的制备

  (1)将氢氧化钙和碳酸钙配成质量分数为30%的浆液;在搅拌的条件下,用移液枪逐滴加入到蒙脱土和沸石中,保证氢氧化钙和碳酸钙与蒙脱土和沸石的质量比为2:1,继续搅拌10min;

  (2)向(1)中加入为其总质量0.5%的2%聚合氯化铝溶液,再继续搅拌10min造粒,在105℃下干燥,以便得到以氢氧化钙和碳酸钙为包芯,蒙脱土和沸石为包囊的包裹材料,以及;

  (3)将(2)中包裹材料与七水硫酸亚铁按照2:3的质量比进行配伍,以便获得半包裹稳定化材料。

  实施例7单一包芯、包囊和铁化合物和/或锰化合物的土壤稳定化效果实验及结果

  供试场地土壤采自于甘肃省白银市东大沟流域砷镉复合污染场地,采样深度为0-20cm,土壤经自然风干后,过10目筛,反复混匀备用。土壤的基本性质见表1。按照污染土壤与盐和/或氢氧化物包芯材料/硅酸盐矿物包囊材料/铁化合物和/或锰化合物质量比分别为100:1、100:3、100:1的比例进行投加,施用时土壤含水率为20%,土壤混匀后装入自封袋中,养护1天后,称取适量土壤,根据土壤的含水率按照液固比10:1(L:kg)加入去离子水浸提剂,置于水平振荡器振荡装置,室温上振荡8h后取出,静置16h,过0.45μm滤膜,收集浸出液,用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)测定浸出液中的砷和镉的浓度,进而算出稳定化率。对照组为不添加包芯、包囊和铁化合物和/或锰化合物的场地土壤(CK),每个处理设置三个重复。

  表1供试土壤基本理化性质

  如图3、4,5所示,与对照比,施加氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙、碳酸钙、氢氧化镁等包芯材料后,土壤镉的稳定化率分别为99.2%、94.7%、99.0%、6.2%和89.9%,土壤As的稳定化率分别为37.4%、-18.5%、78.7%、1.1%和34.2%;施加海泡石、膨润土、蒙脱土、高岭土、沸石等包囊材料后,土壤镉的稳定化率分别为38.6%、40.8%、64.4%、20.8%和68.3%;施加聚合硫酸铁、七水硫酸亚铁、无水氯化铁、无水氯化锰、硫酸锰等铁化合物和/或锰化合物后,土壤砷的稳定化率分别为98.7%、97.2%、96.7%、64.2%和72.1%。因此,包芯材料中,氢氧化钙不但对镉的稳定化效果好,对砷也有较好的稳定化效果,且价格便宜;包囊材料中,沸石对镉的稳定化效果最好;铁化合物和/或锰化合物中,聚合硫酸铁对砷的稳定化效果最好,但其价格较高,因此,本发明专利,最终选择较为廉价的七水硫酸亚铁。

  实施例8半包裹稳定化材料的土壤稳定化效果实验及结果

  按照污染土壤(实施例7所用污染土壤)与普通复配材料(FP,与相应半包裹稳定化材料S4的成分比例一致,但仅混合,不进行任何处理)/半包裹稳定化材料(S1,S2,S3,S4,S5,S6)质量比分别为100:2、100:1.5、100:1、100:2、100:2、100:2、100:1的比例进行投加,施用时土壤含水率分别为20%、10%、30%、15%、20%、15%、10%,土壤混匀后装入自封袋中,分别养护1天、3天、2天、2天、1天、2天、1天后,称取适量土壤,根据土壤的含水率按照液固比10:1(L:kg)加入去离子水浸提剂,置于水平振荡器振荡装置,室温上振荡8h后取出,静置16h,过0.45μm滤膜,收集浸出液,用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)测定浸出液中的砷和镉的浓度,进而算出稳定化率。对照组为不添加普通复配材料和半包裹稳定化材料的场地土壤(CK),每个处理设置三个重复。

  如图6所示,普通复配材料只对土壤砷具有一定的稳定化效果,对镉稳定化有副作用,反而会增加土壤镉的浸出浓度;与对照比,普通复配材料施用后土壤镉的稳定化率为-139.8%,土壤砷的稳定化率为91.1%。而由本发明制备的半包裹稳定化材料施用后均能显著的降低土壤中砷和镉的浸出浓度。与对照比,施加实施例1-6制备的半包裹稳定化材料后,土壤砷的稳定化率分别为88.9%、76.1%、79.5%、95.5%、80.2%和80.3%;土壤镉的稳定化率分别为99.0%、99.3%、99.2%、94.6%、98.8%和98.2%。因此与普通复配材料相比,本发明制备的半包裹稳定化材料可以同时有效稳定化土壤中的砷和镉;其中,以实施例4制备的半包裹稳定化材料对稳定化土壤重金属砷镉效果最好。

  实施例9土壤含水率对半包裹稳定化材料稳定化效果影响实验及结果

  按照污染土壤(实施例7所用污染土壤)与半包裹稳定化材料(S4)质量比分别为100:2的比例进行投加,施用时土壤含水率分别为10%、15%、20%、25%、30%,土壤混匀后装入自封袋中,养护1天后,称取适量土壤,根据土壤的含水率按照液固比10:1(L:kg)加入去离子水浸提剂,置于水平振荡器振荡装置,室温上振荡8h后取出,静置16h,过0.45μm滤膜,收集浸出液,用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)测定浸出液中的砷和镉的浓度,进而算出稳定化率。对照组为不添加半包裹稳定化材料的场地土壤(CK),每个处理设置三个重复。

  如图7所示,与对照比,施加半包裹稳定化材料后,且土壤含水率分别为10%、15%、20%、25%、30%时,土壤砷的稳定化率分别为95.8%、95.0%、95.5%、96.7%、96.1%;土壤镉的稳定化率分别为66.8%、92.5%、94.6%、91.2%、85.8%。因此,土壤含水率为20%时,对土壤中砷和镉的稳定化效果最好。

  实施例10养护时间对半包裹稳定化材料稳定化效果影响实验及结果

  按照污染土壤(实施例7所用污染土壤)与半包裹稳定化材料(S4)质量比分别为100:2的比例进行投加,施用时土壤含水率分别为20%,土壤混匀后装入自封袋中,分别养护2h,4h,6h,16h,20h,24h、48h和72h后,称取适量土壤,根据土壤的含水率按照液固比10:1(L:kg)加入去离子水浸提剂,置于水平振荡器振荡装置,室温上振荡8h后取出,静置16h,过0.45μm滤膜,收集浸出液,用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)测定浸出液中的砷和镉的浓度,进而算出稳定化率。对照组为不添加半包裹稳定化材料的场地土壤(CK),每个处理设置三个重复。

  如图8所示,与对照比,施加半包裹稳定化材料后,且养护时间分别为2h,4h,6h,16h,20h,24h、48h和72h时,土壤砷的稳定化率分别为94.2%、94.8%、95.1%、95.3%、95.5%、95.8%、96.1%、96.2%;土壤镉的稳定化率分别为89.1%、92.1%、93.0%、93.8%、94.3%、94.7%、94.9%、95.0%。因此,养护时间为1天(24h)时,对土壤中砷和镉的稳定化效果最好。

  实施例11半包裹稳定化材料的长期有效性实验及结果

  按照污染土壤(实施例7所用污染土壤)与放置0天、3天、7天、15天、30天、60天的S4半包裹稳定化材料质量比分别为100:2的比例进行投加,施用时土壤含水率分别为20%,土壤混匀后装入自封袋中,养护1天后,称取适量土壤,根据土壤的含水率按照液固比10:1(L:kg)加入去离子水浸提剂,置于水平振荡器振荡装置,室温上振荡8h后取出,静置16h,过0.45μm滤膜,收集浸出液,用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)测定浸出液中的砷和镉的浓度,进而算出稳定化率。对照组为添加普通复配材料的场地土壤(CK),每个处理设置三个重复。

  如图9所示,施加放置时间分别为0天、3天、10天、30天、60天、180天和365天的普通复配材料后,土壤砷的稳定化率分别为91.1%、90.9%、90.2%、89.5%、88.7%、88.3%、87.1%;土壤镉的稳定化率分别为-139.9、-239.4、-278.3、-304.4、-312.2、-336.5、-340.6;普通复配材料放置365天后,对砷和镉的稳定化率下降4.4%和143.4%;与对照比,施加放置时间分别为0天、3天、10天、30天、60天、180天和365天的半包裹稳定化材料后,土壤砷的稳定化率分别为95.6%、95.1%、94.9%、95.3%、95.0%、94.3%、92.1%;土壤镉的稳定化率分别为94.5%、94.3%、94.1%、94.2%、93.9%、92.6%、90.2%;半包裹稳定化材料放置365天后,对砷和镉的稳定化率仅下降3.7%和4.6%。因此,采用本发明专利的制备方法所制备的半包裹稳定化材料,有效解决了普通复配材料成分间互相反应的问题,可长期保持有效性,在放置1年(365天)后尚可保持较高的稳定化率。

  在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

  尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

《一种半包裹稳定化材料及其制备方法和使用方法.doc》
将本文的Word文档下载到电脑,方便收藏和打印
推荐度:
点击下载文档

文档为doc格式(或pdf格式)