[發明專利]一種超穩礦化劑及其修復重金屬污染土壤的應用

有效

• 申請號: 202010538366.X
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111889499B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 孔祥貴;段昊泓;郝培培;栗振華;段雪
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;清華大學
• 主分類號: B09C1/08
• 分類號: B09C1/08;C09K17/08
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 王宇

本發明公開了一種超穩礦化劑及其修復重金屬污染土壤的應用。所述的超穩礦化劑是將含有環境友好的金屬離子溶液和沉淀劑快速加入微液膜反應器制得；使用過程中可通過播撒或漿料噴施的方式實施。超穩礦化劑偏弱堿性不會造成土壤的酸化，非常適合土壤污染嚴重的南方地區。與吸附劑相比，本發明制備的超穩礦化劑具有非常高的活性，可通過同晶取代或溶解?重構的方式快速將土壤中的銅、鎘及錳等重金屬離子錨定在超穩礦化劑的晶格中，礦化形成具有更為穩定結構的水滑石，重金屬離子極難從中游離出來，處于超穩礦化狀態。此外，由于離子半徑匹配規則，本發明制備的超穩礦化劑還表現出良好的選擇性，在土壤重金屬污染原位修復中具有非常好的效果。

技術領域

本發明屬于無機材料合成和土壤修復領域，具體涉及一種超穩礦化劑及其修復重金屬污染土壤的應用。

背景技術

土壤是維系國計民生的基本要素之一。然而，由于污染物的不規范處置、地質變化等原因導致我國土壤污染狀況嚴峻。2014年國家公布的數據顯示全國受污染的土壤占比為16.1％，其中農業用地污染占比為19.4％(約4億畝)，部分典型地塊及周邊土地污染占比高達36.3％。受污染土壤對人身健康造成的危害令人觸目驚心，如“鎘超標大米”等。2018年8月31日我國首部土壤法《中華人民共和國土壤污染防治法》頒布實施，一方面表明了國家對土壤污染防治工作的高度重視，另一方面也表明了土壤污染治理工作迫在眉睫。

在受污染的土壤中，主要以重金屬污染為主(82.4％)，目前土壤重金屬污染的修復技術種類較多，其中原位鈍化策略是通過原位添加鈍化劑，使土壤中重金屬的賦存形態發生變化，由生物有效性高的活性態轉化為生物有效性低的穩定態，從而降低其在土壤中的遷移性和生物可利用性，達到修復的目的。該技術在修復效果、操作靈活性、經濟性、大規模應用方面更具競爭力，也得到了國家主管部門的重點推薦和行業的青睞。

鈍化劑是原位鈍化技術的核心，目前市場上常見的鈍化劑如有機碳、海泡石、坡縷石等，主要依靠材料的靜電引力和表面吸附作用實現對重金屬離子的鈍化，這種鈍化方式作用力較弱，易受外界條件的影響，導致污染物脫附再次形成污染。此外，由于土壤組成的復雜性及污染源的多元性，在受污染的土壤中，不僅存在重金屬離子，而且還存在著大量無害甚至有益的其它離子，多種離子間相互干擾，對有針對性實施重金屬離子的鈍化帶來了挑戰。再者，由于土壤污染面積總量較大，在保證修復效果的同時經濟成本也是必須要著重考慮的，常規鈍化劑單價便宜但吸附量少，易脫附使得用量多且使用頻繁，導致總成本高；具有優異吸附效果的MOF，MXene等材料制備過程繁瑣，條件苛刻，成本高昂，很難實現規模化使用。因此，構筑結合力強、選擇性高、經濟環保的新型鈍化劑已成為目前重金屬污染修復工作中亟待解決的問題。

發明內容：

本發明的目的是提供一種超穩礦化劑及其修復重金屬污染土壤的應用。超穩礦化態定義為：在土壤重金屬污染治理中，當重金屬離子處于碳酸鹽態時即表現出比較穩定的狀態，抑制了重金屬在植物中的富集，而當重金屬離子處于類水滑石結構時其溶度積常數更小，結構更為穩定，即超穩礦化態，能實現該類礦化效果的修復劑稱為超穩礦化劑。

本發明所述的超穩礦化劑是將含有環境友好的金屬離子溶液和沉淀劑快速加入微液膜反應器制得；使用過程中可通過播撒或漿料噴施的方式實施。超穩礦化劑偏弱堿性不會造成土壤的酸化，非常適合土壤污染嚴重的南方地區。與吸附劑相比，本發明制備的超穩礦化劑具有非常高的活性，可通過同晶取代或溶解-重構的方式快速將土壤中的銅、鎘及錳等重金屬離子錨定在超穩礦化劑的晶格中，礦化形成具有更為穩定結構的水滑石，在多重化學鍵的作用下，其溶度積常數比相應氫氧化物或碳酸鹽的溶度積常數小數十個數量級，穩定性遠超氫氧化物和碳酸鹽，因而重金屬離子極難從中游離出來，處于超穩礦化狀態。此外，由于離子半徑匹配規則，本發明制備的超穩礦化劑還表現出良好的選擇性，在土壤重金屬污染原位修復中具有非常好的效果。

本發明所述的超穩礦化劑的制備方法為：

(1)配制金屬鹽溶液或金屬鹽分散液；配制濃度為0.01-1.5mol/L的堿溶液；