專利名稱：一種重金屬吸附劑的制備和吸附劑插棒及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種重金屬吸附劑的制備和吸附劑插棒及應(yīng)用，屬于新材料與受重金屬污染土壤環(huán)境修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
就重金屬污染土壤修復(fù)的技術(shù)本身，理論上和技術(shù)上均認為是可行的，目前盡管 有植物修復(fù)、微生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)和綜合修復(fù)等幾大類，但近年來推崇的是植 物修復(fù)，而且從穩(wěn)定技術(shù)方面，植物穩(wěn)定性>土壤覆蓋>浙清覆蓋，因而具有優(yōu)勢?？墒?，植 物修復(fù)仍存在一些問題和技術(shù)上的局限性，主要表現(xiàn)在①適合一定污染程度以下的土壤 修復(fù)，即使找到高富集或超積累植物，它的容量也有限，限制了對高濃度污染土壤的修復(fù)； ②超累積的植物是重金屬脅迫條件下，植種適應(yīng)性變體，往往生長緩慢、生物量低，對氣候 的適應(yīng)性差，使其修復(fù)周期相對較長；③超集物具有很強的單一富集性，而土壤受重金屬污 染往往是多種有毒元素的復(fù)合；④積累大量重金屬的超富集植物的再處理始終是一個相當(dāng) 棘手的問題。此外，其他一些原位修復(fù)技術(shù)也存在如下不足如污染物及其降解產(chǎn)物的重新 活化問題；吸附了重金屬的吸附體不易與土壤分離問題；采用工程、物理和化學(xué)等修復(fù)技 術(shù)，難以大規(guī)模處理，并導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、生物活性下降和土壤肥力退化等問題。目前，關(guān)于重金屬污染的修復(fù)技術(shù)，已取得系統(tǒng)工程的共識，但依然停留在植物修 復(fù)為主，輔之以化學(xué)、微生物及農(nóng)業(yè)生態(tài)措施的技術(shù)階段上，期望達到增加重金屬的生物有 效性，促進植物的生長與吸收，從而提高植物修復(fù)的綜合效率。但是，且不講綜合功效，僅滿 足和改善植物修復(fù)的周期過長這一基本要求，還有待時日。因而，以植物修復(fù)為主導(dǎo)的“系 統(tǒng)工程”仍不成熟、尚存在技術(shù)的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，針對重金屬污染土壤的復(fù)合性、隱 蔽(潛伏)性，不可逆性、蓄積性和修復(fù)的長期性等特點，與治理措施和修復(fù)技術(shù)存在的局 限性兩方面的制約因素，而提供一種具比較優(yōu)勢的金屬污染土壤修復(fù)材料與技術(shù)系統(tǒng)措施 的重金屬吸附劑的制備和吸附劑插棒及應(yīng)用。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，它選用海相(內(nèi)陸咸湖)沉積的非 金屬天然生態(tài)礦物質(zhì)作為PAL材料的原料，先將其粉碎，然后經(jīng)分離提純制成90-98%高純 PAL材料，再經(jīng)解聚分散的超微化處理，制成小于等于IOO-SOOnm納米、亞微米PAL材料， 然后經(jīng)無機活化，制成大比表面積納米、亞微米PAL材料，最后經(jīng)界面改性制成吸附性的納 米、亞微米PAL材料。所述的分離提純是利用水介質(zhì)的高速螺旋技術(shù)；所述的解聚分散超微化控制濃度 在10% -35%、轉(zhuǎn)速在1000 Φ /min-3500 Φ /min ；無機活化應(yīng)用HCl或H2SO4無機酸；熱和機 械力化學(xué)的綜合措施；功能化表面改性，是通過優(yōu)化活化效果和強化機械力化學(xué)作用來實 現(xiàn)，以大幅度提高表面活性，增強吸附。
所述的分離提純是以水為介質(zhì)，使PAL材料在水中高度分散，然后使用具雙螺桿 裝置，采用高速螺旋推進的操作模式，利用PAL材料與雜質(zhì)的比重差異，使PAL材料與雜質(zhì) 分離；所述的解聚分散首先控制PAL材料在水介質(zhì)中的濃度，將PAL材料加入水中制成漿 體，受控的濃度經(jīng)優(yōu)化為10% -30%，該濃度參數(shù)控制在均質(zhì)攪拌器中解聚；將濃度優(yōu)化的 PAL材料漿體，打入均質(zhì)高速分離機，在最佳效率轉(zhuǎn)速1000 Φ /min-3500 Φ /min的條件，由 設(shè)備的前端制得細微化粒子；所述的無機活化包括酸活化、熱活化和機械力化學(xué)活化三個 流程，酸活化常用8% -18%體積比的稀鹽酸和6% -12%體積比的稀硫酸；熱活化是將PAL 材料在110°C恒溫下失水4-6小時；機械力化學(xué)活化是使用高光潔度變速電碾，使PAL材料 晶格缺陷大幅增加。一種含有如上所述重金屬吸附劑的插棒，它包括有一帶孔的、用工程塑料制作或 纖維制品縫制而成的中空錐體，在該中空錐體內(nèi)充填有所述PAL材料高效吸附劑。所述的插棒規(guī)格分別為Φ 50mm、Φ 100mm、Φ 150mm三種，h = 400mm，插入土壤內(nèi) 的帶孔錐形段長度為200mm。一種如上所述含有重金屬吸附劑插棒的應(yīng)用，所述的插棒根據(jù)污染程度選擇插棒 規(guī)格與控制布棒密度插入于土壤中并可反復(fù)自由移動使用；PAL材料吸附劑對重金屬進可 能行富集去除吸附，顏色由灰綠色變?yōu)樯詈稚蛴蓽\變深，即指示可能吸附飽和。取樣檢測 確認后，更換吸附材料或直接更換軟體，反復(fù)進行，直至土壤達標(biāo)；飽和吸附劑根據(jù)吸附濃 度，作二次資源化利用或無擴散集中處理。本發(fā)明所述的二次資源化利用或無擴散集中處理采用以下方式1)達到相當(dāng)吸附量，達到一定品位，可作為回?zé)捲险?，作資源利用；2)固定/穩(wěn)定化處理；對于累積量不大廢(乏)料，利用重金屬已高度積累的固 定狀態(tài)，采用二次礦化技術(shù)，使重金屬形成難溶的硫化物、磷酸鹽等穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，從而抑制重 金屬的活性，達到固定/穩(wěn)定的目標(biāo)；3)大量累積但無法資源化利用的廢(乏)料，采用地質(zhì)緩沖的充填方式處理。本發(fā)明所述的PAL材料研制與插棒技術(shù)的研發(fā)，是經(jīng)長期探索、研究，取得了采用 天然基質(zhì)材料，集成現(xiàn)代技術(shù)加工制造的新型環(huán)境材料，并以其為原料研制出具吸附、固 定、富集(去除)、阻隔植物吸收等干預(yù)性功能的生態(tài)材料體系；同時，為避免吸附、富集污 染重金屬的PAL材料在土壤可能的二次活化，并與土壤分離、不損傷土壤結(jié)構(gòu)、不降低肥 力，和不影響植物生長，而研發(fā)了插棒原位工裝與原位工程化修復(fù)技術(shù)，成為與PAL材料配 套的承載體和進行物理_化學(xué)與生物化學(xué)的反應(yīng)器。應(yīng)用PAL材料與插棒工程技術(shù)構(gòu)成材料_技術(shù)體系，實施對重金屬的有效吸附富 集，遏制阻隔向食物鏈植物的遷移，吸附富集重金屬產(chǎn)物的后處理措施受控，無二次污染， 對環(huán)境友好。PAL材料的原料為生態(tài)基質(zhì)，來源廣泛，成本低廉，插棒與技術(shù)成熟，工程化修復(fù)流程簡約，PAL材料重金屬吸附劑飽和后的廢(乏)料可實施無害化處理，具經(jīng)濟性和工程化、 系統(tǒng)(成套)化實施的優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明所述PAL材料重金屬吸附劑制備工藝流程框圖。
圖2是本發(fā)明所述插棒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明所述的插棒應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的介紹圖1所示，本發(fā)明選用海相 (內(nèi)陸咸湖) 沉積的非金屬天然生態(tài)礦物質(zhì)作為PAL材料的原料1，先將其粉碎，然后經(jīng)分離提純2制成 90-98%高純PAL材料3，再經(jīng)解聚分散的超微化處理4，制成小于等于100-800nm納米、亞 微米PAL材料5，然后經(jīng)無機活化6，制成大比表面積納米、亞微米PAL材料7，最后經(jīng)界面改 性8制成吸附性的納米、亞微米PAL材料9。本發(fā)明所述的分離提純是利用水介質(zhì)的高速螺旋技術(shù)；所述的解聚分散超微化控 制濃度在10% -35%、轉(zhuǎn)速在1000Φ/π η-3500Φ/π η ；無機活化應(yīng)用HCl或H2SO4無機酸； 熱和機械力化學(xué)的綜合措施；功能化表面改性，是通過優(yōu)化活化效果和強化機械力化學(xué)作 用來實現(xiàn)，以大幅度提高表面活性，增強吸附。所述的分離提純是以水為介質(zhì)，使PAL材料在水中高度分散，然后使用具雙螺桿 裝置，采用高速螺旋推進的操作模式，利用PAL材料與雜質(zhì)的比重差異，使PAL材料與雜質(zhì) 分離；所述的解聚分散首先控制PAL材料在水介質(zhì)中的濃度，將PAL材料加入水中制成漿 體，受控的濃度經(jīng)優(yōu)化為10% -30%，該濃度參數(shù)控制在均質(zhì)攪拌器中解聚；將濃度優(yōu)化的 PAL材料漿體，打入均質(zhì)高速分離機，在最佳效率轉(zhuǎn)速1000 Φ /min-3500 Φ /min的條件，由 設(shè)備的前端制得細微化粒子；所述的無機活化包括酸活化、熱活化和機械力化學(xué)活化三個 流程，酸活化常用8% -18%體積比的稀鹽酸和6% -12%體積比的稀硫酸；熱活化是將PAL 材料在110°C恒溫下失水4-6小時；機械力化學(xué)活化是使用高光潔度變速電碾，使PAL材料 晶格缺陷大幅增加。圖2所示，一種含有如上所述重金屬吸附劑的插棒，它包括有一帶孔16的、用工 程塑料或纖維制品縫制而成的中空錐體17，充填PAL材料高效吸附劑18構(gòu)成；所述的插棒 規(guī)格分別為Φ 50mm、Φ 100mm、Φ 150mm三種，h = 400mm，插入土壤內(nèi)的帶孔錐形段長度為 200mm。圖3所示一種如上所述含有重金屬吸附劑插棒的應(yīng)用，所述的插棒19根據(jù)污染程 度選擇插棒規(guī)格與控制布棒密度插入于土壤20中并可反復(fù)自由移動使用；PAL材料吸附劑 對重金屬進可能行富集(去除)吸附，顏色由灰綠色變?yōu)樯詈稚?或由淺變深)，即指示可 能吸附飽和。取樣檢測確認后，更換吸附材料(若為軟體將直接更換軟體)。反復(fù)進行，直 至土壤達標(biāo)；飽和吸附劑根據(jù)吸附濃度，作二次資源化利用或無擴散集中處理。所述的二次資源化利用或無擴散集中處理采用以下方式1)達到相當(dāng)吸附量，達到一定品位，可作為回?zé)捲险?，作資源利用；2)固定/穩(wěn)定化處理；對于累積量不大廢(乏)料，利用重金屬已高度積累的固 定狀態(tài)，采用二次礦化技術(shù)，使重金屬形成難溶的硫化物、磷酸鹽等穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，從而抑制重 金屬的活性，達到固定/穩(wěn)定的目標(biāo)；3)大量累積但無法資源化利用的廢(乏)料，采用地質(zhì)緩沖的充填方式處理。實施例一、PAL材料重金屬吸附劑制備技術(shù)
1)工藝流程見圖1所示其中，分離提純、解聚分散的超微化處理，無機活化表(界)面改性為核心技術(shù)部 分。分離提純利用水介質(zhì)的高速螺旋技術(shù)；解聚分散超微化控制濃度(10% -35% )和轉(zhuǎn)速 (1000 Φ /min-3500 Φ /min)兩個主要參數(shù)；無機活化應(yīng)用無機酸(HCl或H2SO4)，熱和機械力 化學(xué)的綜合措施；功能化表面改性，通過優(yōu)化活化效果和強化機械力化學(xué)作用來實現(xiàn)，大幅 度提高表面活性，增強吸附。2)分離提純。PAL材料的原料混生有綠泥石、伊利石、長石和碳酸鹽 等雜質(zhì)，作為 工業(yè)材料使用，粒度也不夠均勻，因而必須集成現(xiàn)代技術(shù)，使PAL材料與雜質(zhì)分離，使PAL材 料得到純化。本發(fā)明的分離提純技術(shù)是以水為介質(zhì)，發(fā)揮PAL材料在水介質(zhì)高分散特性，遵 循水動力學(xué)的基本原理，使PAL材料在水中高度分散，然后使用具雙螺桿裝置，采用高速螺 旋推進的操作模式，利用PAL材料與雜質(zhì)的比重差異，使PAL材料與雜質(zhì)分離，以達到提純 的目的。3)解聚分散。PAL材料盡管有著納米微粒物質(zhì)特征，但由于其表面的界面效應(yīng)(電 負性、鍵力、晶格缺陷)，通常相互緊密吸附和鑲嵌，呈聚合體產(chǎn)出。因而，為了使PAL材料發(fā) 揮納米微粒效應(yīng)，需要采用解聚技術(shù)，拆散礦物之間的聚合，使之形成分散的納米_亞微米 狀態(tài)，實現(xiàn)超微化。本發(fā)明的解聚分散超微化技術(shù)，首先控制PAL材料在水介質(zhì)中的濃度， 將PAL材料加入水中制成漿體，受控的濃度經(jīng)優(yōu)化為10% _30%，該濃度參數(shù)控制在均質(zhì)攪 拌器中解聚。將濃度優(yōu)化的PAL材料漿體，打入均質(zhì)高速分離機，在最佳效率轉(zhuǎn)速1000Φ/ min-3500 Φ/min的條件，由設(shè)備的前端制得細微化粒子。其中，PAL材料漿體的最優(yōu)濃度和 分離機最佳轉(zhuǎn)速為兩個基本參數(shù)。4)無機活化。無機活化技術(shù)是擴展比表面積和增加晶格缺陷的過程，包括酸活 化、熱活化和機械力化學(xué)活化三個流程。酸活化常用稀鹽酸(8% -18%體積比)和稀硫酸 (6%-12%體積比)，目的為了消除混入的碳酸鹽雜質(zhì)、擴大比表面積；熱活化是為了驅(qū)趕 吸附于PAL材料的水合物，水合物的被驅(qū)趕，騰出大量的空間與比表面積，PAL材料在1IO0C 恒溫下失水4-6小時。機械力化學(xué)是通過碾壓，使PAL材料晶格缺陷大幅增加，常使用高光 潔度變速電碾。5)功能化表面改性。功能化表面改性的基本技術(shù)是通過優(yōu)化活化效果和強化機 械力化學(xué)作用來實現(xiàn)，目的在于使PAL材料以經(jīng)過無機活化手段，對重金屬、陽離子具有相 當(dāng)吸附能力基礎(chǔ)上，主要通過變速電碾的高速運行，加大對PAL材料顆粒晶體晶格的機械 沖擊力，使其晶格破壞(損)，缺陷更為突出(發(fā)育)，大幅度提高表面活性，增強吸附能力。 由于晶格缺陷決定著PAL材料顆粒的化學(xué)活性，還影響著顆粒的電性，力學(xué)性能和熱力學(xué) 性能，及相關(guān)的功能。因此，為了提高PAL材料對重金屬的吸附效能，又不引入其他化學(xué)改 性劑而造成次生污染，采用強化機械力化學(xué)的技術(shù)工藝，對PAL材料進行表面改性，在提高 吸附功能的同時，由于機械力化學(xué)方法，不引入化學(xué)品，而保證了整個系統(tǒng)低環(huán)境負荷。二、插棒制作與應(yīng)用技術(shù)1)插棒與插棒技術(shù)工作機制以插棒為承載體，充填PAL材料重金屬吸附劑，利用其原位、對土壤非接觸，外源 性PAL材料選擇吸附功能，與植物爭奪對重金屬的吸收，并發(fā)揮PAL材料中硒、碘等元素對 重金屬的拮抗效應(yīng)和強占配位體功能，從而富集與阻隔鉛、鎘等進入食物鏈植物。
插棒為帶孔中空工程塑料錐體，可方便插入土壤中。根據(jù)污染程度選擇插棒規(guī)格 與控制布棒密度。插棒規(guī)格分別為Φ 50mm、Φ 100mm、Φ 150mm三種，h = 400mm,帶孔(即 插入土壤)部分為200mm?？煞磸?fù)自由移動使用。更為簡便者為軟式插棒，即纖維制品縫制，規(guī)格同上，但需開孔裝置。工作流程是插棒中充填PAL材料高效吸附劑，至200mm處。插入土壤200mm，根據(jù) 污染程度選擇插棒規(guī)格和控制布棒密度。PAL材料吸附劑對重金屬進可能行富集(去除) 吸附，顏色由灰綠色變?yōu)樯詈稚?或由淺變深)，即指 示可能吸附飽和。取樣檢測確認后，更 換吸附材料(若為軟體將直接更換軟體)。反復(fù)進行，直至土壤達標(biāo)。飽和吸附劑根據(jù)吸附濃度，作二次資源化利用或無擴散集中處理。3)配套工裝，配套工裝為兩部分①開孔工裝(人工或機械)。②成孔工裝(人工 或機械)。根據(jù)工程量，采用人工或機械，為工程化配套。此類工裝，無論人工或機械均為簡 單工裝，極易加工，可根據(jù)土壤性狀，特點進行適時、適事改造。其發(fā)明意義在于配套性。三、工程化原位修復(fù)針對重金屬污染土壤，實施富集、阻隔、防止重金屬進入食物 鏈措施，采用材料(PAL材料)/裝置(插棒)的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。具體實施技術(shù)路線為對于受重金屬污染的土壤，利用PAL材料對重金屬選擇(專注)性吸附的功能特 性，以充填吸附功能材料(PAL材料亦可能為微生物)的插棒及插棒技術(shù)為主體，富集(去 除)重金屬，干預(yù)性排除土壤中的重金屬。利用PAL材料的強吸附功能、傳質(zhì)性特性和PAL 材料富含碘、硒等元素的拮抗效應(yīng)，以及PAL材料富含碘、鐵等元素競爭配位基而加快解毒 (重金屬)過程的系統(tǒng)功能，與植物爭奪吸附土壤中重金屬，富集(去除)污染土壤重金屬。 依托插棒的工作效能，阻隔重金屬進入植物體內(nèi)，盡可能多地進入插棒。插棒為帶孔的大小 不同規(guī)格的錐體，可移動、可反復(fù)使用。利用插棒作承載體，充填具富集、阻隔等功能的特性 PAL材料。插棒吸附劑飽和后，更換吸附劑，繼續(xù)工作。帶有大量重金屬的飽和吸附劑，集 中處理。經(jīng)插棒工作數(shù)次，測定土壤中重金屬降低量，達標(biāo)即止。經(jīng)干預(yù)性插棒工程技術(shù)處 理，和PAL材料的吸附、傳質(zhì)功能，及微生物的富集作用，阻隔重金屬進入食物鏈。工程化系統(tǒng)流程(方框圖)四、飽和PAL材料金屬吸附劑廢(乏)料無害化處理前已述及，植物修復(fù)技術(shù)的最大技術(shù)難點是“積累大量重金屬的超富集植物的再 處理始終是一個相當(dāng)棘手的問題”。對本發(fā)明的成套技術(shù)，同樣是個技術(shù)難題。其要害是次 生和二次對環(huán)境的污染。本發(fā)明成套技術(shù)應(yīng)用插棒技術(shù)解決了對修復(fù)土壤的二次活化污染問題，對于插棒 飽和的PAL材料重金屬的累積重金屬，本發(fā)明采用了“廢(乏)料”的概念，其來源為對放 射性廢料的稱謂，其中處理方法也借鑒了放射性廢(乏)料的處理措施。本發(fā)明處理方式 遵循資源化利用和無害化兩個原則，采用以下方式1)達到相當(dāng)吸附量，達到一定品位，可作為回?zé)捲险?，作資源利用。該標(biāo)準(zhǔn)參照 不同工藝對礦物原料的品位要求處理。2)固定/穩(wěn)定化處理。對于累積量不大廢(乏)料，利用重金屬已高度積累的固 定狀態(tài)，采用二次礦化技術(shù)，使重金屬形成難溶的硫化物、磷酸鹽等穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，從而抑制重 金屬的活性，達到固定/穩(wěn)定的目標(biāo)。3)大量累積但無法資源化利用的廢(乏)料，采用地質(zhì)緩沖的充填方式處理。工程化處理重金屬污染土壤(土地)后，產(chǎn)生較大量的廢(乏)料，將其包裝，回填深埋到地下，并用PAL材料作填塞和掩蓋，徹底阻隔重金屬活化和擴散。本發(fā)明這一措施，遵循利用 了 PAL材料巖性柔軟，電導(dǎo)率低、吸收能力強、容量大、斷裂不發(fā)育，在重金屬周圍筑成安全 帶，防止外來滲透，阻止向外泄漏；其次，本方法措施借鑒了放射性廢(乏)料的處理模式， 對穿透力極強的放射性核污染尚具屏障作用，對重金屬累積廢(乏)料污染的阻隔自然不 在話下，是相當(dāng)安全的措施。五、將PAL材料重金屬吸附劑制備技術(shù)“插棒制作與應(yīng)用技術(shù)”、“原位工程化施用 技術(shù)”和“飽和PAL材料重金屬吸附劑廢(乏)料無害化處理技術(shù)”等四部分技術(shù)組合，構(gòu) 成一個相對完整的重金屬污染土壤修復(fù)的成套技術(shù)體系?！癙AL材料吸附劑的制備技術(shù)”是本發(fā)明的基礎(chǔ)，其融合了先進技術(shù)、完成了集成創(chuàng) 新，是功能優(yōu)異的新型先進無機非金屬材料。“插棒制作應(yīng)用技術(shù)”是全新的創(chuàng)造，從根本上解決了重金屬累積體與土壤的分 離，為干預(yù)性消除重金屬污染提供了可能，較徹底地解決了包括植物修復(fù)技術(shù)在內(nèi)的累積 重金屬載體的再處理技術(shù)難題，和其他處理技術(shù)的長周期，高成本的缺陷，尤其是其制作簡 單，操作簡單和便于取樣使用的低成本，極具技術(shù)經(jīng)濟有效性優(yōu)勢。“原位工程施工技術(shù)”基于PAL材料重金屬吸附劑和插棒裝置的使用，使最經(jīng)濟的 “原位修復(fù)”成為可能，其優(yōu)勢還表現(xiàn)在不損傷土壤結(jié)構(gòu)、不降低土壤肥力、不妨礙作物正常 生長；相同的起因，基于PAL材料和插棒，使“工程化”實施亦成為可能，取得重金屬污染土 壤難以規(guī)模化處理的重大突破。累積了重金屬的生物或其他承載體的后處理，歷來困擾著對重金屬污染土壤的修 復(fù)，成為不少有價值技術(shù)推行的重大障礙?！帮柡蚉AL材料重金屬吸附劑廢(乏)料無害化 處理技術(shù)”，較理想地解決了這一技術(shù)難題，而且可以推廣到更為難處理的污染，例如，放射 性污染廢(乏)料的處理。如是，將以上四部分技術(shù)整合，即是一套較理想的重金屬污染土壤修復(fù)的材 料-技術(shù)體系，其發(fā)明的多項技術(shù)和材料，集成了多種先進的現(xiàn)代技術(shù)，吸收了一些成熟有 效的技術(shù)，本發(fā)明內(nèi)容從整合意義上表達出對原創(chuàng)、集成和消化吸收創(chuàng)新模式的整合，而成 套、成為體系。六、應(yīng)用實例1)、于2002-2007年在浙江省、山東省、寧夏自治區(qū)及甘肅的中東部半干旱區(qū)、河 西綠洲區(qū)和天祝高寒區(qū)的11個縣、區(qū)，對5種糧食作物、3種油料作物、7種果菜作物和4 種牧草共19種作物設(shè)置田間試驗，研究PAL材料對果、菜、糧及牧草增產(chǎn)和品質(zhì)影響機理 及技術(shù)，其中包括對重金屬的富集(去除)的材料與技術(shù)研究。經(jīng)在果(草莓)、菜(圓 茄)、糧(大麥)試驗結(jié)果證明，鉛(Pb)、汞(Hg)、均具有較大幅度降低。鉛含量草莓降低 44.9% ；圓茄降低55% ；大麥降低31. ；汞含量草莓降低81. 8% -89. 89% ；圓茄降低 17.4% -87. 2% ；大麥砷含量降低63.2%。2)、完成了“徽縣水陽鄉(xiāng)鉛污染土壤修復(fù)和牲畜干預(yù)性排鉛的材料與技術(shù)”方案設(shè) 計針對甘肅徽縣水陽鄉(xiāng)鉛污染是因采礦和鉛冶煉引發(fā)的當(dāng)?shù)卮迕裱U超標(biāo)事件，在 對血鉛超標(biāo)人群采取干預(yù)性治療的同時，提出了利用天然生態(tài)PAL材料對重金屬鉛的選擇性吸附功能，和與之相配套的排鉛技術(shù)措施，對易造成長期污染的土壤和與人相同生理特 征的役(家)畜干預(yù)性排鉛，提供了相對徹底處置的材料與技術(shù)方案。經(jīng)專家評審，認為有 極強針對性和可操作性。3)、PAL材料土壤投施和飼料添加對動物、植物阻隔鉛吸收的研究證明，排鉛技術(shù) 與PAL材料作為飼喂措施和飼料添加材料，投施于肉牛、肉羊、豬、雞(肉雞、蛋雞)、奶牛的 生產(chǎn)中，取得平均排鉛31%-90%的效果(此項研究成果已鑒定)。在農(nóng)作物生產(chǎn)中，草莓、 番茄、大麥試驗研究證明，平均降鉛31% -90%，高蛋白牧草中降鉛平均達到75%。4)、PAL材料關(guān)于工業(yè)廢水處理效果利用PAL材料對某鉛鋅礦礦壩出口廢水處理。凈化水處理前，水中鉛、鋅濃度分別 為4. 6mg/L和0. 27mg/L，鉛嚴重超標(biāo)；凈化處理后鉛、鋅濃度分別為0. 56mg/L和0. OOlmg/ L，鉛符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)1. Omg/L的限值要求。
權(quán)利要求
一種重金屬吸附劑的制備，它選用海相(內(nèi)陸咸湖)沉積的非金屬天然生態(tài)礦物質(zhì)作為PAL材料的原料，其特征在于先將其粉碎，然后經(jīng)分離提純制成90-98％高純PAL材料，再經(jīng)解聚分散的超微化處理，制成小于等于100-800nm納米、亞微米PAL材料，然后經(jīng)無機活化，制成大比表面積納米、亞微米PAL材料，最后經(jīng)界面改性制成吸附性的納米、亞微米PAL材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬吸附劑的制備，其特征在于所述的分離提純是利用 水介質(zhì)的高速螺旋技術(shù)；所述的解聚分散超微化控制濃度在10% -35%、轉(zhuǎn)速在1000Φ/ πι η-3500Φ/πι η ；無機活化應(yīng)用HCl或H2SO4無機酸；熱和機械力化學(xué)的綜合措施；功能化 表面改性，是通過優(yōu)化活化效果和強化機械力化學(xué)作用來實現(xiàn)，以大幅度提高表面活性，增 強吸附。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬吸附劑的制備，其特征在于所述的分離提純是以 水為介質(zhì)，使PAL材料在水中高度分散，然后使用具雙螺桿裝置，采用高速螺旋推進的操 作模式，利用PAL材料與雜質(zhì)的比重差異，使PAL材料與雜質(zhì)分離；所述的解聚分散首先 控制PAL材料在水介質(zhì)中的濃度，將PAL材料加入水中制成漿體，受控的濃度經(jīng)優(yōu)化為 10% _30%，該濃度參數(shù)控制在均質(zhì)攪拌器中解聚；將濃度優(yōu)化的PAL材料漿體，打入均 質(zhì)高速分離機，在最佳效率轉(zhuǎn)速1000Φ/π η-3500Φ/π η的條件，由設(shè)備的前端制得細 微化粒子；所述的無機活化包括酸活化、熱活化和機械力化學(xué)活化三個流程，酸活化常用 8% -18%體積比的稀鹽酸和6% -12%體積比的稀硫酸；熱活化是將PAL材料在110°C恒溫 下失水4-6小時；機械力化學(xué)活化是使用高光潔度變速電碾，使PAL材料晶格缺陷大幅增 加。
4.一種含有如權(quán)利要求1或2或3所述重金屬吸附劑的插棒，其特征在于它包括有一 帶孔的、用工程塑料或纖維制品縫制而成的中空錐體，充填PAL材料高效吸附劑構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含有重金屬吸附劑的插棒，其特征在于所述的插棒規(guī)格分別 為Φ 50mm、Φ 100mm、Φ 150mm三種，h = 400mm，插入土壤內(nèi)的帶孔錐形段長度為200mm。
6.一種如權(quán)利要求4或5所述含有重金屬吸附劑插棒的應(yīng)用，其特征在于所述的插棒 根據(jù)污染程度選擇插棒規(guī)格與控制布棒密度插入于土壤中并可反復(fù)自由移動使用；PAL材 料吸附劑對重金屬進可能行富集(去除)吸附，顏色由灰綠色變?yōu)樯詈稚?或由淺變深)， 即指示可能吸附飽和。取樣檢測確認后，更換吸附材料(若為軟體將直接更換軟體)。反復(fù) 進行，直至土壤達標(biāo)；飽和吸附劑根據(jù)吸附濃度，作二次資源化利用或無擴散集中處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的含有重金屬吸附劑插棒的應(yīng)用，其特征在于所述的二次資源 化利用或無擴散集中處理采用以下方式1)達到相當(dāng)吸附量，達到一定品位，可作為回?zé)捲险?，作資源利用；2)固定/穩(wěn)定化處理；對于累積量不大廢(乏)料，利用重金屬已高度積累的固定狀 態(tài)，采用二次礦化技術(shù)，使重金屬形成難溶的硫化物、磷酸鹽等穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，從而抑制重金屬 的活性，達到固定/穩(wěn)定的目標(biāo)；3)大量累積但無法資源化利用的廢(乏)料，采用地質(zhì)緩沖的充填方式處理。
全文摘要
一種重金屬吸附劑的制備和吸附劑插棒及應(yīng)用，它選用海相(內(nèi)陸咸湖)沉積的非金屬天然生態(tài)礦物質(zhì)作為PAL材料的原料，先將其粉碎，然后經(jīng)分離提純制成90-98％高純PAL材料，再經(jīng)解聚分散的超微化處理，制成小于等于100-800納米、亞微米PAL材料，然后經(jīng)無機活化，制成大比表面積納米、亞微米PAL材料，最后經(jīng)界面改性制成吸附性的納米、亞微米PAL材料，所述的插棒根據(jù)污染程度選擇插棒規(guī)格與控制布棒密度插入于土壤中并可反復(fù)自由移動使用；PAL材料吸附劑對重金屬進可能行富集(去除)吸附，顏色由灰綠色變?yōu)樯詈稚?或由淺變深)，即指示可能吸附飽和。取樣檢測確認后，更換吸附材料(若為軟體將直接更換軟體)。
文檔編號B01J20/30GK101811022SQ20101016695
公開日2010年8月25日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者曹原 申請人:杭州貝洋科技有限公司