一种应用于土壤锑污染修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及土壤锑污染修复钝化材料领域，特别涉及一种应用于土壤锑污染修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料及其制备方法。

背景技术

锑是一种重要的、分布广的有色重金属，广泛应用于工业领域，锑是世界卫生组织优先控制的有毒污染物之一，锑的赋存形态决定了其毒性强度和生物有效性，固化-稳定化技术是目前国内外针对土壤重金属污染的主要修复技术，关于锑污染土壤的钝化修复材料多选用铁盐。

但是铁盐对于土壤中的水溶态以及交换态锑及碳酸盐结合态锑含量的降低不够明显，钝化效果不好；其次，铁盐使用不当会造成土壤酸化，同时会影响土壤锑的固化-稳定化效果；另外，现有的应用于土壤锑污染修复钝化材料制备成本高，制备时间长、步骤繁琐、不易操作、性能不够优良，土壤锑钝化修复效果不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于土壤锑污染钝化修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料。铁盐对土壤中的水溶态以及交换态锑及碳酸盐结合态锑含量的降低不够明显，钝化效果不好，其次，铁盐使用不当会造成土壤酸化，同时会影响土壤锑污染的钝化效果；另外，现有的应用于土壤锑污染修复的钝化材料制备成本高，制备时间长、步骤繁琐、不易操作、性能不够优良，土壤锑钝化修复效果不好。本发明通过利用聚合硫酸铁水解并与石灰进行反应(pH＝8)，同时加入絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)，絮凝沉淀的产物再进行干燥及干式球磨过程，制得的材料用于修复锑污染土壤，通过土壤培养发现聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料较其他材料及对照显著降低了土壤中的水溶态+交换态锑及碳酸盐结合态锑含量，使残渣态锑含量显著增加，进而使锑生物有效性显著降低，使土壤锑钝化效果达到最好，同时，聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料对土壤pH未产生明显影响，该钝化材料以聚合硫酸铁与廉价石灰为原材料制备而成，成本低，制备时间短、步骤简单、易操作、性能好，具有极好的土壤锑钝化修复的效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种应用于土壤锑污染钝化修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料，该聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料含有以下的成份：水样100ml、聚合硫酸铁4ml、石灰乳7ml和聚丙烯酰胺5ml。

作为本发明的进一步方案，所述聚合硫酸铁与石灰乳的配置浓度均为5％，聚丙烯酰胺的配置浓度为1‰。

一种应用于土壤锑污染钝化修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料及其制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

步骤一：取100ml水样倒入烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上进行搅拌，在搅拌过程中加入4ml聚合硫酸铁；

步骤二：反应一段时间后，缓慢加入石灰乳进行pH的调节；

步骤三：继续搅拌进行反应，随后加入5ml聚丙烯酰胺进行絮凝沉淀，弃去上清液，将烧杯放入烘箱中烘干；

步骤四：将烘干后的材料进行干式球磨至粉末状以备用。

作为本发明的进一步方案，所述步骤一中，磁力搅拌器的转速为2000rmp。

作为本发明的进一步方案，所述步骤二中，反应的时间为5min，调节的最终pH＝8，石灰乳的最终用量为7ml。

作为本发明的进一步方案，所述步骤三中，继续搅拌进行反应的反应时间为1h，烘干时间为48h。

本发明的有益效果：

本发明通过利用聚合硫酸铁水解并与石灰进行反应(pH＝8)，同时加入絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)，絮凝沉淀的产物再进行干燥及干式球磨过程，制得的材料用于修复锑污染土壤，通过土壤培养发现聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料较其他材料及对照显著降低了土壤中的水溶态+交换态锑及碳酸盐结合态锑含量，使残渣态锑含量显著增加，进而使锑生物有效性显著降低，使土壤锑钝化效果达到最好，同时，聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料对土壤pH未产生明显影响，未造成土壤酸化。该钝化材料以聚合硫酸铁与廉价石灰为原材料制备而成，成本低，制备时间短、步骤简单、易操作、性能好，具有极好的土壤锑钝化修复的效果。

附图说明

图1为本发明一种应用于土壤锑污染钝化修复的的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料处理下土壤锑形态变化的柱状图；

注：CK、FC、FS和PFS分别代表对照处理、氯化铁基石灰质钝化材料处理、硫酸铁基石灰质钝化材料处理和聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料处理

图2为本发明一种应用于土壤锑污染钝化修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料处理下土壤pH的柱状图。

注：CK、FC、FS和PFS分别代表对照处理、氯化铁基石灰质钝化材料处理、硫酸铁基石灰质钝化材料处理和聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料处理。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种应用于土壤锑污染钝化修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料，该聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料含有以下的成份：水样100ml、聚合硫酸铁4ml、石灰乳7ml和聚丙烯酰胺5ml。

在本方案中，聚合硫酸铁与石灰乳的配置浓度均为5％，聚丙烯酰胺的配置浓度为1‰。

一种应用于土壤锑污染钝化修复的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料及其制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

步骤一：取100ml水样倒入烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上进行搅拌，在搅拌过程中加入4ml聚合硫酸铁；

步骤二：反应一段时间后，缓慢加入石灰乳进行pH的调节；

步骤三：继续搅拌进行反应，随后加入5ml聚丙烯酰胺进行絮凝沉淀，弃去上清液，将烧杯放入烘箱中烘干；

步骤四：将烘干后的材料进行干式球磨至粉末状以备用。

在本方案中，步骤一中，磁力搅拌器的转速为2000rmp。

在本方案中，步骤二中，反应的时间为5min，调节的最终pH＝8，石灰乳的最终用量为7ml。

在本方案中，步骤三中，继续搅拌进行反应的反应时间为1h，烘干时间为48h。

为了更好的说明聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料对土壤锑污染的钝化修复效果，进行对照材料的制备及其实验：

对照材料一制备方法：作为聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料的对照材料，取100ml水样倒入烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上进行搅拌，在搅拌过程中加入4ml硫酸铁(配制浓度：5％)，5min后，缓慢加入7ml石灰乳(配置浓度：5％)进行pH的调节，pH达到8时，继续搅拌1h进行反应，随后加入5ml聚丙烯酰胺(PAM，配制浓度：1‰)对沉淀进行絮凝。弃去上清液，将烧杯放入烘箱48h烘干，烘干的材料进行干式球磨至粉末状以备用。

对照材料二制备方法：作为聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料的对照材料，取100ml水样倒入烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上进行搅拌，在搅拌过程中加入4ml氯化铁(配制浓度：5％)，5min后，缓慢加入7ml石灰乳(配置浓度：5％)进行pH的调节，pH达到8时，继续搅拌1h进行反应，随后加入5ml聚丙烯酰胺(PAM，配制浓度：1‰)对沉淀进行絮凝。弃去上清液，将烧杯放入烘箱48h烘干，烘干的材料进行干式球磨至粉末状以备用。

实验：

(1)土壤样品采集：采样方法为梅花采样法，每个样点采集4-5个点的土样(0-20cm)后充分混合。样品运回实验室后进行风干，磨碎后过60目筛。

(2)实验设计：选用制得的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料为实验材料，以制得的硫酸铁基石灰质钝化材料和氯化铁基石灰质钝化材料为对照材料，以Sb污染土壤为实验对象，共设置4个处理，分别为对照(CK，不加任何材料)处理、氯化铁基石灰质钝化材料(FC，对照材料)处理、硫酸铁基石灰质钝化材料(FS，对照材料)处理及聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料处理(PFS)。每处理设置4个平行，所有材料添加量均为5％干土重，培养实验所用器材为500mL的塑料盒。称取200g干土，与修复材料充分混匀后装入培养盆。加水调节土壤含水量为50％，利用称重法每2天补水1次，室内培养 15天后采样并测定土壤Sb含量。

(3)土壤Sb含量测定方法：采用Tessier连续提取法测定Sb的水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机结合态和残渣态含量。电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行测定。国家标准物质(土壤：GBW07410) 进行质量控制。所有样品均做相应的空白和平行。标准样品测定结果均在允许范围内。

(4)实验结果的分析：

由图1可知，与对照相比，氯化铁基石灰质钝化材料使水溶态+交换态Sb、碳酸盐结合态Sb及铁锰氧化结合态Sb含量分别降低45.3％、22.2％和4.8％，使有机结合态Sb和残渣态Sb含量分别增加11.5％和33.9％；硫酸铁基石灰质钝化材料使水溶态+交换态Sb、碳酸盐结合态Sb及铁锰氧化结合态Sb含量分别降低75.1％、40.2％和4.0％，使有机结合态Sb含量和残渣态Sb分别增加10.5％和53.5％；聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料使水溶态+交换态Sb、碳酸盐结合态Sb及铁锰氧化结合态Sb含量分别降低93.1％、88.3％和25.1％，使有机结合态Sb和残渣态Sb含量分别增加74.4％和82.4％。由此可见，所制备的聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料较对照以及其他两种铁基石灰质钝化材料能显著降低锑污染土壤中的水溶态+交换态Sb及碳酸盐结合态Sb含量，使残渣态Sb含量显著增加，进而使Sb生物有效性显著降低。

由图2可知，与对照及其他两种钝化材料处理相比，聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料处理中土壤pH无显著变化。因此，聚合硫酸铁基石灰质强化钝化材料未造成由于土壤pH变化而导致的土壤酸化或土壤重金属离子移动性及生物有效性增加的情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。