[发明专利]一种土壤重金属稳定剂

说明书

技术领域

本发明属于土壤修复治理技术领域，具体涉及一种土壤重金属稳定剂。

背景技术

近年来，重金属污染事件频繁发生，重金属土壤污染问题日益严重。根据国家环境保护部和国土资源部公布的《2014全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总超标率达到16.1％，耕地土壤点位超标率达到19.4％。土壤污染面积逐年增加，还没有得到有效控制。重金属土壤污染已经成为我国最重要的环境问题之一，形势尤为严峻。

对于重金属土壤的修复治理，稳定化技术是一种较为成熟且经济可行的方法，目前在国内外都有成功的实施案例。但是，从过去的工程应用看，修复工程主要以水泥、石灰、石膏等水硬性材料作为稳定剂。而该类型材料添加到土壤后，会导致土壤硬化和增容，对土壤造成二次伤害。

生物炭是一种生物质裂解产物，除了固碳作用外，因为其含有丰富的矿质营养元素(如N、P、K等)能够为作物提供生长所需的养分，在农业上有着广泛的应用。重要的是，生物炭还具有类似于活性炭高比表面积的特征，对土壤中重金属污染物有良好的吸附固定作用。生物炭具有很高的C含量，其中大部分是芳环结构的碳。虽然生物炭表面多孔特征显著，具有较大的比表面积和较高的表面能，但是由于生物炭表面极性官能团较少，憎水性较强，大部分表面难以吸附重金属。

发明内容

本发明的目的是提供了一种有效吸附固定土壤中重金属的土壤重金属稳定剂。

本发明所采取的技术方案是一种土壤重金属稳定剂，主要由以下重量份数的组分制成：活化生物炭和二硫代氨基甲酸钠衍生物溶液。

优选的，主要由以下重量份数的组分制成：活化生物炭80～120份和二硫代氨基甲酸钠衍生物溶液1份。

特别优选的，主要由以下重量份数的组分制成：活化生物炭100份和二硫代氨基甲酸钠衍生物溶液1份。

作为优选，所述活化生物炭采用有机物为原料，经烘干，粉碎，用碱盐溶液浸渍，然后在N₂的保护下烧制而成。

作为优选，所述有机物包含玉米芯、稻壳、秸秆或香蕉杆中的一种，或它们的任意比例混合物。

作为优选，所述烘干的温度≤60℃；粉碎的粒度为200目。

作为优选，所述碱盐溶液的浓度为0.1～1mol/L；所述碱盐包含KOH、NaOH、Ca(OH)₂或Mg(OH)₂中的一种，或它们的任意比例混合物；所述浸渍的时间为3～24小时；所述烧制的温度为200～700℃，烧制时间为4小时；N₂的气流速度为150cm³/min。

作为优选，所述二硫代氨基甲酸钠衍生物溶液由吡咯烷二硫代氨基甲酸钠溶液或联苄基二硫代氨基甲酸钠溶液中的一种替代，或它们的任意比例混合物替代；所述二硫代氨基甲酸钠衍生物溶液的浓度为1～20mmol/L。

本发明还提供一种土壤重金属稳定剂的制备方法，包括以下步骤：取所述二硫代氨基甲酸钠衍生物溶液与所述活化生物炭混合，在避光条件下平衡振荡，然后离心，收集沉淀混合物，干燥，即得。

作为优选，所述平衡振荡的转速为60r/min，平衡振荡的时间为5～7d；离心的转速为2000r/min，离心的时间为15min。

本发明中，碱盐可以提高生物炭的pH值至7.5～8.5，增加生物炭的微孔数(增加20％～30％)和可交换阳离子(增加20％～30％)。含苯环和芳香性杂环的二硫代氨基甲酸钠衍生物可以通过π-π作用和π电子供受体作用在生物炭表面吸附，充分利用生物炭的憎水性表面。利用巯基(-S)与重金属配合形成稳定的络合物或交联网状螯合物，二硫代氨基甲酸盐衍生物的桥接增加了重金属的吸附位点，从而起到捕集和稳定重金属的作用。

其主要反应机理为：

(1)生物炭活化、活化生物炭吸附重金属(以NaOH为例)

C_nH_xO_y+NaOH→C_nH_x-1O_yNa+H₂O

C_nH_x-1O_yNa+M²⁺→[C_nH_x-1O_yM]⁺+Na⁺(M为重金属离子)

(2)二硫代氨基甲酸钠与重金属络合和螯合