一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料，包括粘土和磷灰石，且所述的粘土和磷灰石的重量比為2.5:1。本發(fā)明同時公開了基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料的制備方法。本發(fā)明所述的土壤修復(fù)材料對重金屬具有很強的去除率，可有效治理土壤污染。
【專利說明】一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料及其制備方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種土壤修復(fù)材料，尤其是涉及一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材 料，屬于環(huán)境修復(fù)材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0003] 粘土八面體中的坡縷石粘土礦物和蒙脫石中的Mg和A1經(jīng)常被其他元素替代，從 而導(dǎo)致粘土需要吸附其他離子或者產(chǎn)生多余八面體空位來彌補電荷的不平衡，這樣粘土的 吸附能力就有顯著的提高。
[0004] 粘土礦物豐富的孔結(jié)構(gòu)有比表面值大，粘土孔徑分布范圍廣，可吸附的物質(zhì)種類 多的特點。坡縷石具有納米級的孔道，而且其纖維狀的結(jié)構(gòu)在吸附過程中產(chǎn)生的毛細管效 應(yīng)也增加了礦物的吸附能力。對于蒙脫石，其層間提供了巨大的可吸附空間，蒙脫石的陽離 子交換能力一般為80-150陽離子交換容量毫克當量/100g，高于坡縷石的25-50交換容量 暈克當量/l〇〇g。
[0005] 磷灰石對重金屬元素的作用并不是"吸附"而是重金屬元素取代晶格中的Ca離子 而進入其晶體結(jié)構(gòu)。相比較粘土礦物，一旦重金屬進入磷灰石晶體結(jié)構(gòu)，就會穩(wěn)定占位，不 會輕易再從結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)移到土壤中，正因為如此，磷灰石在核廢料處理鈾礦元素，生物，醫(yī)學， 農(nóng)業(yè)中被廣泛使用。
[0006] 將二者結(jié)合起來，按照一定比例配比，使得磷灰石與粘土混合，通過粘土的吸附能 力將重金屬離子以及可吸附有機物聚集在磷灰石礦物周邊形成高濃度，促進磷酸根對污染 物的固化。并通過弱酸侵蝕以及加熱等方式化學改性，不僅擴展了其可吸附用途，而且吸附 能力提升明顯。
[0007] 目前市場上并沒有將二者結(jié)合的產(chǎn)品，大部分基于礦物的環(huán)境修復(fù)材料都是基于 單一礦物的，比如說某種單一品種的粘土。這些礦物材料由于單一礦物的局限性，環(huán)境修復(fù) 功能有限。比如，粘土礦物材料雖然容易吸附污染物，但是也容易脫附。單一磷灰石礦物雖 然可以固定重金屬，但是在土壤修復(fù)中，重金屬無法聚集在其周邊形成高濃度，所以吸附效 果也有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種吸附效果好、吸附穩(wěn)定的基于粘土和磷灰石的土壤修 復(fù)材料及其制備方法。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料，其特征在于，包括粘土和磷灰石，且所述的粘 土和磷灰石的重量比為2. 5:1。
[0010] 進一步，所述的粘土包括坡縷石和蒙脫石，由于坡縷石和蒙脫石粘土在野外共生 存在，二者吸附性能差別有限，因此對二者的比例不做要求。
[0011] 所述的坡縷石為富鎂坡縷石，且所述的富鎂坡縷石中鎂在鎂鐵總量中的含量大于 80%。
[0012] 而所述的磷灰石則為陽離子中鈣離子含量大于90%的磷灰石。
[0013] 一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 對粘土進行改性處理：將粘土磨成過200目篩的粉末，然后放入pH值為1-3的酸性 溶液中浸蝕24h，然后經(jīng)風干、洗刷處理后得到改性后的粘土，其比表面可以提升50-85% ; (2) 對磷灰石進行改性處理：首先將磷灰石研磨成過50目篩的粉末，然后將粉末加熱 到200-300°C，保溫18h，然后自然冷卻得到改性后的磷灰石，可以有效提高磷灰石的替代 能力，提高了 50%以上，此過程中磷灰石中揮發(fā)出來的水分需要轉(zhuǎn)移掉； (3 )制備土壤修復(fù)材料：將步驟（1)得到的改性后粘土和步驟（2 )改性后的磷灰石按照 2. 5:1的重量比混合均勻，然后在100°C的溫度條件下烘干12h，去除表面吸附水增加吸附 性能，最終得到土壤修復(fù)材料。
[0014] 進一步，所述的酸性溶液為鹽酸、硫酸、硝酸等無機酸溶液，以酸性溶液中不含重 金屬離子或者其他污染源即可。且所述的粘土和酸性溶液的重量比為1:3。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為： 1、 本發(fā)明通過選擇粘土和磷灰石的最佳配比，使得土壤中游離的重金屬元素先由粘土 的吸附能力而集中，讓粘土起到初步的吸附作用；然后相對集中的重金屬元素再由磷灰石 來吸納進入晶體結(jié)構(gòu)而且穩(wěn)定在結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而達到修復(fù)重金屬污染土壤的目的； 2、 本發(fā)明所述的土壤修復(fù)材料對重金屬離子的固化效率可以提高70-300% ; 3、 而通過弱酸對粘土進行侵蝕改性處理，使得粘土的表面活性位置增加，蒙脫石的層 間距以及坡縷石的孔徑都有明顯的提升，其總的表面積增加50-85%，且本發(fā)明明確了弱酸 侵蝕的pH值，只有在此pH值的區(qū)間范圍內(nèi)，才能在礦物結(jié)構(gòu)破壞和性能提升之間達到平 衡； 4、 而通過對磷灰石進行加熱改性，則可有效增加磷灰石礦物的可替代位置以及提高其 陽離子交換能力。

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例詳細說明本發(fā)明。
[0017] 選料：選取粘土和磷灰石，其中粘土包括坡縷石和蒙脫石，坡縷石和蒙脫石的重 量比為4:1，且坡縷石為富鎂坡縷石，即所述的富鎂坡縷石中鎂在鎂鐵總量中的含量大于 80% ;而所述的磷灰石則為陽離子中鈣離子含量大于90%的磷灰石。
[0018] 實施例1 : (1) 對粘土進行改性處理：將粘土磨成過200目篩的粉末，然后放入pH值為3的鹽酸 溶液中浸蝕24h，粘土與鹽酸的重量比為1:3,然后經(jīng)風干、自來水洗刷3次處理后得到改性 后的粘土； (2) 對磷灰石進行改性處理：首先將磷灰石研磨成過50目篩的粉末，然后將粉末加熱 到200°C，并保溫18h，然后自然冷卻得到改性后的磷灰石； (3 )制備土壤修復(fù)材料：將步驟（1)得到的改性后粘土和步驟（2 )改性后的磷灰石按照 2. 5:1的重量比混合均勻，然后在100°C的溫度條件下烘干12h，最終得到土壤修復(fù)材料。
[0019] 實驗室模擬配比重金屬嚴重污染的土壤1kg，長度為50*4*2cm，鉛（Pb)的濃度為 250mg/kg,鎘（Cd)的濃度為lmg/kg，鋅（Zn)的濃度為300mg/kg，鐵（Fe)的濃度為400mg/ kg，鎳（Ni)的濃度為120mg/kg。將配比好的礦物粉末壓成長方體狀，每個長方體重量為 50g，選取4個，嵌入土壤中，模擬地表水流，每10分鐘，緩慢從土壤長方體一端流到另一端， 總共持續(xù)10次。
[0020] 圖1為實施例1所述的土壤修復(fù)材料吸附重金屬的效果圖。
[0021] 如圖1所示：重金屬的去除率非常高，其中重金屬Pb、Cd、Zn、Fe、Ni等離子的去 除率均達到了 40%以上，而Pb的去除率甚至達到了 80%。說明實施例1所述的土壤修復(fù)材 料吸附重金屬的效果非常好。
[0022] 實施例2 : (1) 對粘土進行改性處理：將粘土磨成過300目篩的粉末，然后放入pH值為2的硫酸 溶液中浸蝕24h，粘土與硫酸溶液的重量比為1:3,然后經(jīng)風干、自來水洗刷3次處理后得到 改性后的粘土； (2) 對磷灰石進行改性處理：首先將磷灰石研磨成過100目篩的粉末，然后將粉末加熱 到250°C，并保溫18h，然后自然冷卻得到改性后的磷灰石； (3 )制備土壤修復(fù)材料：將步驟（1)得到的改性后粘土和步驟（2 )改性后的磷灰石按照 2. 5:1的重量比混合均勻，然后在100°C的溫度條件下烘干12h，最終得到土壤修復(fù)材料。
[0023] 選取某嚴重工業(yè)污染的土地，選取受污染面積為30*30m，鉛（Pb)的濃度為400mg/ kg,鎘（Cd)的濃度為lmg/kg,鋅（Zn)的濃度為200mg/kg，砷（As)的濃度為50mg/kg，鎳 (Ni)的濃度為100mg/kg，鉻（Cr)的濃度為300mg/kg。將配比好的礦物粉末壓成圓柱狀，每 個圓柱重量為100g，選取10個，嵌入土壤中，時長15天，降雨兩次（間隔7天)，一次為10_， 另一次為15mm，之后重新分析土壤化學成分，分析結(jié)果如表1所示： 表1 :實施例2所述的土壤修復(fù)材料處理土壤前后的化學成分分析結(jié)果

【權(quán)利要求】
1. 一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料，其特征在于，包括粘土和磷灰石，且所述的 粘土和磷灰石的重量比為2. 5:1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料，其特征在于，所述 的粘土包括坡縷石和蒙脫石。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料，其特征在于，所述 的坡縷石為富鎂坡縷石，且所述的富鎂坡縷石中鎂在鎂鐵總量中的含量大于80%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料，其特征在于，所述 的磷灰石為陽離子中鈣離子含量大于90%的磷灰石。
5. -種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對粘土進行改性處理：將粘土磨成過200目篩的粉末，然后放入pH值為1-3的酸 性溶液中浸蝕24h，然后經(jīng)風干、洗刷處理后得到改性后的粘土； (2) 對磷灰石進行改性處理：首先將磷灰石研磨成過50目篩的粉末，然后將粉末加熱 到200-300°C，保溫18h，然后自然冷卻得到改性后的磷灰石； (3 )制備土壤修復(fù)材料：將步驟（1)得到的改性后粘土和步驟（2 )改性后的磷灰石按照 2. 5:1的重量比混合均勻，然后在100°C的溫度條件下烘干12h，得到土壤修復(fù)材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料的制備方法，其特征 在于，所述的酸性溶液為無機酸溶液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于粘土和磷灰石的土壤修復(fù)材料的制備方法，其特征 在于，所述的粘土和酸性溶液的重量比為1:3。
【文檔編號】C09K17/08GK104194796SQ201410413947
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】李 真 申請人:李 真