一種水化氯鋁酸鈣原位修復(fù)磷污染土壤的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磷污染土壤的修復(fù)方法，特別涉及一種水化氯鋁酸鈣原位修復(fù)磷污染土壤的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水化氯鋁酸鈣，俗稱“弗雷德鹽”是一類層狀雙金屬氫氧化物(Layer doublehydroxides，簡(jiǎn)稱LDHs )材料，該類化合物的層板由強(qiáng)化學(xué)鍵構(gòu)造，層間僅有易替代的弱相互作用，這種特殊的結(jié)構(gòu)形式使得LDHs材料具有很強(qiáng)的陰離子交換能力，因此對(duì)無機(jī)陰離子氰化物及有機(jī)陰離子染料污染物均有很好的處理能力。其層板中陽離子的可替代性決定了其對(duì)重金屬有很強(qiáng)的吸附作用，并且耐高溫、成本低、容易制備并可生物降解。
[0003]水化氯鋁酸鈣及其焙燒產(chǎn)物的應(yīng)用涉及多個(gè)領(lǐng)域，因其具有特殊的層間離子交換性，結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)以及優(yōu)量的吸附作能，且易于分離，可重復(fù)利用，在重金屬廢水污染治理中主要作為吸附劑加以應(yīng)用，是一類具有良好應(yīng)用前景的新型環(huán)境友好材料。
[0004]水化氯鋁酸鈣作為一種新型高效環(huán)保吸附劑，可以應(yīng)用在各種形式的水體污染治理中。處理成本低廉、易于分離且可重復(fù)利用，顯示了在重金屬污染水體中良好的應(yīng)用潛力。利用水化氯鋁酸鈣層板組成以及層間離子的種類和數(shù)量的可調(diào)控性，能夠獲得一系列具有特殊功能的水化氯鋁酸鈣復(fù)合材料，大大拓寬了水化氯鋁酸鈣在吸附、催化、藥學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
[0005]水化氯鋁酸鈣對(duì)水環(huán)境中磷也有較好的去除效果。水化氯鋁酸鈣去除含磷污染水的過程較復(fù)雜，是外表面吸附與離子交換共同作用的結(jié)果，與其物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、廢水性質(zhì)等因素有關(guān)。一方面，水化氯鋁酸鈣在制備過程中形成了微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)有效地增大了材料的比表面積，使其具有良好的物理吸附作用。另一方面，水滑石結(jié)構(gòu)中，層板與層間陰離子或?qū)娱g水為弱化學(xué)鍵組合，因此，溶液中的磷酸根離子可以跟層間的OH-離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，從而達(dá)到去除水中磷的目的。
[0006]由于水化氯鋁酸鈣具有層間離子交換性能和記憶效應(yīng)兩大特性，因此近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者做了大量以水滑石類化合物為吸附劑，吸附有毒的無機(jī)和有機(jī)陰離子等的研究工作，主要研究水滑石類化合物吸附有毒陰離子的吸附容量與吸附等溫線、吸附速率和吸附動(dòng)力學(xué)，并探討了其對(duì)陰離子的吸附與解吸機(jī)理。水化氯鋁酸鈣作為吸附劑，類似于陰離子交換樹脂，但交換容量比陰離子交換樹脂大，而且對(duì)外界陰離子的吸附具有吸附效率高、重復(fù)利用率好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。水滑石類材料的陰離子交換能力與其層間的陰離子種類、層狀材料的結(jié)晶度和層電荷大小有關(guān)口 ；高價(jià)陰離子易于交換進(jìn)入水滑石層間，低價(jià)陰離子易于被交換出來；目前的研究證明水滑石對(duì)P043、Cr (IV )、F、ClO4、As (III)、As ( V )、SeO32、SeO42、13等陰離子均具有很好的吸附效果。
[0007]由于PO43具有負(fù)電荷含量高、與層板間陽離子靜電引力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此水滑石對(duì)PO/廣具有很好的吸附效果，Cl離子的水化氯鋁酸鈣在常溫條件下對(duì)PO43的吸附容量可達(dá)47.3mgP/g，采用NaCl、NaOH及MgCI2S液可將吸附飽和的材料再生，再生后的吸附材料對(duì)PO43的吸附能力與原材料基本相同；焙燒后的水化氯鋁酸鈣對(duì)海水中的PO43具有很好的吸附效果。
[0008]由于水化氯鋁酸鈣的特殊結(jié)構(gòu)，水化氯鋁酸鈣的焙燒產(chǎn)物在一定條件下可以重新吸附水和陰離子從而部分恢復(fù)水滑石的層狀結(jié)構(gòu)，利用這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)記憶功能，水化氯鋁酸鈣可以作為陰離子吸附劑重復(fù)利用；含磷的水滑石循環(huán)利用的“記憶效用”，水化氯鋁酸鈣能重復(fù)使用6次，從第五次起，最終磷的吸收容量減少了 ；雖然水化氯鋁酸鈣的連續(xù)重建機(jī)理并不知道，但是磷的循環(huán)利用的可能性的前景是肯定的。
[0009]水化氯鋁酸鈣對(duì)水環(huán)境中低濃度磷均有較好的去除效果，當(dāng)材料用量1ml，處理2mg/L的40mL含磷廢水，處理時(shí)間24h，此時(shí)CaAl-LDH對(duì)磷的去除率達(dá)到98.90%。
[0010]吸附動(dòng)力學(xué)表明，水化氯鋁酸鈣對(duì)磷的去除速率高，吸附在開始接觸的I個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，Ih時(shí)CaAl-LDH對(duì)磷的去除率為97.82%。
[0011]吸附體系的pH對(duì)CaAl-LDH的除磷效果基本沒有影響，在pH為3?12的范圍內(nèi)，其除磷率均可達(dá)到99%以上。通過對(duì)比處理前后磷溶液的pH得出材料有一定的緩沖能力。
[0012]Langmuir模型能夠很好的描述材料對(duì)含磷廢水的吸附過程，CaAl-LDH除磷的最大值為 35.29mg/g。
[0013]水化氯鋁酸鈣材料去除低濃度含磷環(huán)境水的過程較復(fù)雜，是外表面吸附與離子交換共同作用的結(jié)果，與其物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、廢水性質(zhì)等因素有關(guān)。一方面，水滑石在制備過程中形成了微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)有效地增大了材料的比表面積，使其具有良好的物理吸附作用。另一方面，水滑石結(jié)構(gòu)中，層板與層間陰離子或?qū)娱g水為弱化學(xué)鍵組合，因此，溶液中的磷酸根離子可以跟層間的OH-離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，從而達(dá)到去除水中磷的目的。
[0014]近年來，化學(xué)肥料的施用量越來越高，在一些地方，磷肥用量已經(jīng)高達(dá)995Kg/hm2，超過作物實(shí)際需求量的數(shù)倍；不僅造成肥料資源的大量浪費(fèi)，嚴(yán)重影響蔬菜等植物的品質(zhì)，還會(huì)引起土壤中磷含量逐年增加，二這些積累在土壤中的磷是水體富營養(yǎng)化的重要來源，對(duì)水體生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。
[0015]土壤中的磷通過侵蝕、徑流和亞表層排水3種主要迀移機(jī)制進(jìn)入水體生態(tài)系統(tǒng)且轉(zhuǎn)化為對(duì)其有效的磷量；研究表明，土壤磷進(jìn)入水體的主要途徑是通過徑流進(jìn)入地表水；磷施用量一旦超出作物所需的要求，便會(huì)增加農(nóng)田中磷的流失并引起潛在的地表水資源的水體富營養(yǎng)化。當(dāng)水中的營養(yǎng)水平很高時(shí)，藻類會(huì)大量生長(zhǎng)，水中溶解氧降低，破壞水體生態(tài)系統(tǒng)的平衡，使魚類死亡；產(chǎn)生的有毒微生物增加，降低河湖的利用價(jià)值。在太湖地區(qū)，由于大量磷肥的施入，造成太湖嚴(yán)重的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象；廣東省由于20年來化肥施用量呈逐年增加，耕地土壤的速效磷總體上呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，1990年比1980年增加了 96%，將近一倍；由于1995年磷肥施用量比1990年增長(zhǎng)35%，加上施用磷肥以后在土壤中易于轉(zhuǎn)化的特殊性，因此這個(gè)時(shí)期廣東省部分地區(qū)的水田出現(xiàn)了富磷現(xiàn)象。
[0016]人類活動(dòng)導(dǎo)致水體的加速富營養(yǎng)化現(xiàn)象是當(dāng)今世界水污染難題，已成為世界關(guān)注的主要環(huán)境問題之一。磷是水體富營養(yǎng)化的主要限制因子，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源磷對(duì)水環(huán)境的惡化有著十分顯著的貢獻(xiàn)，富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生與農(nóng)田土壤中磷的流失憂密切的關(guān)系，因此，研究控制耕種土壤磷素流失進(jìn)入水體的措施，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0017]水化氯鋁酸鈣中含有Ca' Al3+等離子，他們對(duì)土壤中有效磷有較好的吸附性，與土壤磷素發(fā)生化學(xué)沉淀反應(yīng)，形成難溶性化合物，使突然磷素固定并積累在突然中，降低土壤磷素向水體迀移、污染水體的危險(xiǎn)。利用水化氯鋁酸鈣進(jìn)行磷污染土壤的修復(fù)治理，有效地固定了磷過量土壤中的有效磷，在植物出現(xiàn)磷饑餓應(yīng)答反應(yīng)時(shí)又能及時(shí)的緩釋出來；從治理效率、治理費(fèi)用、現(xiàn)場(chǎng)可操作性及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面等考慮，水化氯鋁酸鈣對(duì)磷過量土壤修復(fù)具有較高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
[0018]磷在植物體內(nèi)參與光合作用、呼吸作用、能量?jī)?chǔ)存和傳遞、細(xì)胞分裂等過程，促進(jìn)植物生長(zhǎng)與發(fā)育。磷能促進(jìn)早期根系的形成和生長(zhǎng)，提高植物適應(yīng)外界環(huán)境的能力，有助于植物耐過冬天的嚴(yán)寒。磷還有助于增強(qiáng)一些植物的抗病性，提高作物品質(zhì)。