一種重金屬穩定劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境污染治理技術領域，尤其涉及一種重金屬穩定劑。
【背景技術】
[0002] 土壤重金屬污染是指由于人類活動使得重金屬進入到土壤中，致使土壤中重金屬 含量明顯高于本底值、并造成生態環境質量下降的現象。污染土壤的重金屬主要包括生物 毒性顯著的元素如汞（Hg)、鎘（Cd)、鉛（Pb)、鉻（Cr)和類金屬砷（As)等，以及具有一定毒 性的元素如鋅（Zn)、銅（Cu)、鎳（Ni)等。重金屬污染物在土壤中移動性很小，不易隨水淋 濾，不為微生物降解，會通過食物鏈富集進入人體，嚴重危害人身健康。例如：鎘通過食物鏈 進入人體后，會與人體內的特定蛋白質和多種酶發生反應使之失去活性，并在人體器官中 積蓄引起慢性中毒，同時還會干擾銅、鈷、鋅在體內的正常代謝，誘發各種疾病，甚至死亡。
[0003] 我國土壤重金屬污染形勢日益嚴峻，受Cd、Pb、As、Cr等污染的耕地面積近2000 萬hm2,約占總耕地面積的1/5,據報道，每年全國因重金屬污染而減產糧食產量1000多萬 噸，另外被重金屬污染的糧食每年也多達1200萬噸，對國家經濟以及全民健康造成了極大 的危害和威脅。因此，土壤重金屬污染的控制與修復愈發迫在眉睫。
[0004] 土壤重金屬污染的治理修復方法，根據治理工藝及原理的不同，污染土壤治理修 復技術可分為：工程治理措施和物理化學修復兩大類。工程治理措施主要包括：客土、換 土、去表土和深耕翻土等措施；物理化學修復主要包括：固化/穩定化、電動修復、絡合淋 洗、蒸汽浸提、氧化還原、農業修復、生物修復等。客土法，向污染土壤中加入大量未污染的 土壤，覆蓋其表面或者均勻的混合，此方法不能從根本上去除重金屬污染，且成本極高，更 有可能破壞土體結構，引起土壤肥力下降。植物修復法，通過重金屬超富集植物，將該重金 屬從土體轉移到植物，但是，植物修復周期長，只能作用到植物根系所至的范圍，對于深層 污染的修復比較困難；植物的生長容易受到氣候及地質等因素的限制，無法大規模大面積 的進行實地修復；存在污染物通過"植物一動物"的食物鏈進入自然界的風險。化學淋洗法， 指借助化學/生物化學溶劑促進土壤環境中污染物溶解或迀移，把含有污染物的溶液從土 壤中抽提出來，再進行分離和污水處理的技術，此方法處理成本非常高，無法對去除效果與 持續修復時間進行預測，去除效果受制于場地地質情況，而且如果提取液選取不當，很可能 造成二次污染。電動力學修復法，使土壤中重金屬在電場作用下通過電滲析向電極室運輸， 然后通過收集系統將其收集，并作進一步的集中處理，此方法僅適用于污染范圍小的區域， 且不適于酸性條件，且土壤環境的復雜性使其往往達不到預期效果。固化/穩定化修復技 術，運用物理或化學的方法將土壤中的有毒重金屬固定起來，或者將重金屬轉化成化學性 質不活潑的形態，阻止其在環境中迀移、擴散，從而降低重金屬毒性，可以在實現污染土壤 無害化的同時，達到土壤少增容或不增容，從而提高污染土壤/危險廢物處理處置系統的 總體效率和經濟性，固化/穩定化技術尤其是有望成為土壤重金屬污染修復技術領域的主 力。然而，目前大多數重金屬穩定劑僅針對一種或少數幾種重金屬具有效果，無法有效地處 理多種重金屬復合型污染的問題，需要研發一種對多種重金屬均有效的重金屬穩定劑。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是提供一種對多種重金屬均有效的重金屬穩定劑。
[0006] 本發明所采取的技術方案是：
[0007] -種重金屬穩定劑，包括鈉基膨潤土、沸石粉、巰基-鐵基改性生物炭、還原鐵粉， 以及氧化鈣或氫氧化鈣中的至少一種。
[0008] 優選地，各組分質量分數分別為鈉基膨潤土 25% -50%、沸石粉20% -50%、巰 基-鐵基改性生物炭10% -25%、還原鐵粉5% -25%、氧化鈣或氫氧化鈣余量。
[0009] 優選地，所述巰基-鐵基改性生物炭的制備方法，包括以下步驟：
[0010] S1 :制備巰基絡合物溶液；
[0011] S2 :制備多羥基鐵聚合物溶液；
[0012] S3:制備生物炭懸浮液；
[0013] S4 :將巰基絡合物溶液和多羥基鐵聚合物溶液同時加入生物炭懸浮液中攪拌反 應；
[0014] S5 :反應所得溶液離心，離心所得固體干燥并煅燒；
[0015] S6 :清洗煅燒后的固體，干燥。
[0016] 優選地，所述巰基絡合物溶液質量分數為5-15 %，所述多羥基鐵聚合物溶液濃度 為0. 1-0. 5mol/L，所述生物炭懸浮液質量分數為1-2%，所述多羥基鐵聚合物溶液、所述生 物炭懸浮液和所述巰基絡合物溶液的體積比為40:20: (1-2. 5)。
[0017] 優選地，所述巰基絡合物為γ -巰丙基三甲氧基硅烷、乙酰半胱氨酸、半胱胺鹽酸 鹽、胱氨酸、巰基乙酸中的任一種。
[0018] 優選地，所述S5煅燒溫度為400-500 °C。
[0019] 優選地，所述鈉基膨潤土為天然鈉基膨潤土或人工鈉基膨潤土，所述膨潤土中蒙 脫石含量大于等于60%。
[0020] 優選地，所述沸石粉為斜發沸石、絲光沸石、方沸石、輝沸石及菱沸石等天然沸石 中的至少一種。
[0021] 優選地，所述生物炭是以植物廢棄物為原料，在300-900°C下炭化得到。
[0022] -種重金屬污染土壤的修復方法，包括以下步驟：
[0023] Sl :分析重金屬污染土壤中重金屬元素含量和交換態量；
[0024] S2 :添加重金屬穩定劑，平衡穩定；
[0025] 其中，所述重金屬穩定劑如上所述。
[0026] 本發明的有益效果是：本發明提供了一種重金屬穩定劑，包括鈉基膨潤土、沸石 粉、巰基-鐵基改性生物炭、還原鐵粉、氧化鈣。通過對生物炭進行巰基-鐵基改性，大大提 高了其對重金屬的吸附性能，通過將巰基-鐵基改性生物炭與鈉基膨潤土、沸石粉、還原鐵 粉、氧化鈣混合，得到重金屬穩定劑，較其他材料具有更好的重金屬吸附性能，經合理配比 可適用于不同pH 土壤、不同程度的鉛、鋅、銅、鎘、砷等多污染物復合污染，能同時有效降低 土壤中鉛、鋅、銅、鎘、砷等污染物的可交換態量，效率高且長期穩定有效。
【附圖說明】
[0027] 圖1是改性前生物炭的掃描電鏡圖。
[0028] 圖2是巰基-鐵基改性生物炭的掃描電鏡圖。
[0029] 圖3是改性前生物炭的能譜圖。
[0030] 圖4是巰基-鐵基改性生物炭的能譜圖。
【具體實施方式】
[0031] 1、重金屬穩定劑的制備
[0032] 按以下步驟制備巰基-鐵基改性生物炭：1)制備巰基絡合物溶液：量取 0. 5πι1γ-巰丙基三甲氧基硅烷，按體積比γ-巰丙基三甲氧基硅烷：乙醇：水=0. 5 :9 : 0.5配制γ-巰丙基三甲氧基硅烷溶液IOmL ;2)制備多羥基鐵聚合物溶液：稱取40. 4g Fe(NO3)3 ·9Η20 溶于 IL 水中，得 IL 0.1mol .L 1Fe (NO3)3溶液；稱取 16g Na2CO3加入到所配 制的IL 0.1mol噸￥洲03溶液中，攪拌2h ;將得到的溶液至于恒溫干燥器中80°C老化24h， 待用；3)制備生物炭懸浮液：稱取4g干燥的生物炭加入到200mL去離子水中，攪拌均勾，得 質量分數為2 %的生物炭懸浮液；4)量取400mL多羥基鐵聚合物溶液和IOmL γ -巰丙基三 甲氧基硅烷溶液，在室溫條件下同時逐漸加入到200mL 2%生物炭懸浮液中，攪拌反應2h ; 5)將反應所得溶液離心，取離心所得固體在恒溫干燥箱中105°C下完全干燥后移入坩堝， 密封，400-500°C下煅燒2h ;6)冷卻后取出煅燒固體，用去離子水清洗2~3次，在恒溫干燥 箱中60~80°C下干燥后研磨，過100目篩，得到巰基-鐵基改性生物炭。
[0033] 稱取4g天然鈉基膨潤土、2g沸石粉、2g上述方法制備得到的巰基-鐵基改性生物 炭、Ig還原鐵粉、Ig氧化媽，混合研磨，過100目篩得到土壤重金屬穩定化劑。
[0034] 2、巰基-鐵基改性生物炭的分析
[0035] 取上述方法制備得到的巰基-鐵基改性生物炭，使用掃描電鏡-能譜儀（SEM-EDS) 分析生物炭改性前后表面形態及元素含量變化。圖1為生物炭改性前的掃描電鏡圖，圖1 中a為電鏡下放大1000倍圖，b為電鏡下放大2000倍圖，c為電鏡下放大5000倍圖，d為 電鏡下放大10000倍圖，圖2為生物炭改性后的掃描電鏡圖，圖2中a為電鏡下放大1000 倍圖，b為電鏡下放大2000倍圖，c為電鏡下放大5000倍圖，d為電鏡下放大10000倍圖， 圖3是生物炭改性前的能譜圖，圖4是生物炭改性后的能譜圖，圖1-4中小字和水印均為分 析檢測系統自動生成，沒有實質意義。分析巰基-鐵基改性生物炭的理化性質。其PH為 6. 5~8. 5,灰分含量3. 0~6. 0%，有機碳含量40~75%，比表面積^ 1000m2/g。分析生 物炭改性前后表面元素，得到結果如表1。可以看出，巰基-鐵基改性生物炭因巰基帶負電 荷，因此對SEM的電子束有更好的反射效果，使其在照片上明顯變亮。同時巰基-鐵基改性 生物炭顆粒變大，表面絮狀增多，且Fe、S、Si元素含量則大幅度增加。結果說明鐵基、巰基 較好的附著在生物炭的表面，能有效增加生物炭對重金屬的還原、吸附能力。
[0036] 表1未改性生物炭及巰基-鐵基改性生物炭表面元素分析結果（At% )
[0037]
[0038] 3、重金屬穩定劑與其各單組分對鎘、砷的去除能力對比實驗
[0039] 使用Cd(NO3)2 · 4H20和1000 pp