一種用于土壤重金屬吸附的多孔吸附板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于土壤重金屬吸附的多孔吸附板的制備方法：粉煤灰粉末中加入硫酸，80℃下活化后干燥除去水分，得到活化粉煤灰粉末；按質(zhì)量比為1:10稱取活化粉煤灰粉末與海藻酸鈉粉末，加水配制成固含量30～40％的勻漿，然后將勻漿加入到中空有內(nèi)腔的筒狀模具中，所述模具在模具內(nèi)腔的底部內(nèi)表面或模具的頂蓋內(nèi)表面垂直于模具底平面方向均勻布置有多根相互平行的柱子，勻漿注滿模具內(nèi)腔后，蓋上頂蓋；最后，將裝有勻漿的模具于-20℃溫度下冷卻定型，脫模制得海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板。所述多孔吸附板可用于吸附固定土壤中重金屬元素銅和鎘。
【專利說明】—種用于土壤重金屬吸附的多孔吸附板及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于土壤重金屬吸附的多孔吸附板，屬于污染生態(tài)修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，土壤污染日趨嚴重，已經(jīng)嚴重影響到農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。而重金屬污染是土壤污染的一個主要方面。保護耕地，保障食品安全成為當下人們關(guān)注的焦點。關(guān)于土壤重金屬阻控和技術(shù)修復(fù)的研究層出不窮，主要包括物理化學(xué)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)和植物修復(fù)技術(shù)。許多優(yōu)良的修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中進行了實施，但大多數(shù)因其治標不治本、成本高、土壤不能被恢復(fù)到原始狀態(tài)、造成了二次污染和修復(fù)周期長等而不宜使用。
[0003]我國是產(chǎn)煤大國，以煤炭為電力生產(chǎn)的基本燃料，且能源工業(yè)一直處于穩(wěn)定發(fā)展的狀態(tài)，發(fā)電能力年增長率為7%左右，而與此同時，粉煤灰量的排放也急劇增加。如今，粉煤灰成為我國排放量最大的工業(yè)廢料，但其利用率卻僅有30%，到目前為止，我國粉煤灰貯量已超過10億噸。
[0004]粉煤灰是具有一定活性的球狀細小顆粒，大致可分為珠狀、渣狀、鈍角、碎眉、粘聚顆粒五種。粉煤灰的主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鐵，處于無定形態(tài)。粉煤灰對水中雜質(zhì)具有吸附作用，酸活化粉煤灰較未處理的粉煤灰對水中重金屬離子的吸附效果更加明顯。在土壤改良與污染治理中，粉煤灰則被用來改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增強土壤微生物活性等等。海藻酸鈉是一種天然多糖，因其具有親水性、凝膠性、穩(wěn)定性和安全性等特性而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)。海藻酸鈉因易于與除鎂汞之外的二價金屬陽離子發(fā)生快速的離子交換，可被用作土壤重金屬吸附劑。研究具有安全性的海藻酸鈉和數(shù)量多的粉煤灰的混合物對土壤中重金屬吸附和固定效果，不僅可以為粉煤灰提供另一種使用途徑，更為重金屬污染土壤的阻控與修復(fù)技術(shù)提供了一種新方法，新思路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于對土壤中重金屬阻控技術(shù)研究的海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板的制備方法，還相應(yīng)提供多孔吸附板在重金屬污染土壤修復(fù)的應(yīng)用。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的方案如下:
[0007]—種用于土壤重金屬吸附的多孔吸附板的制備方法，具體步驟如下:粉煤灰粉末中加入硫酸，攪拌均勻后放置80°C下活化2?3小時，再干燥除去水分，得到活化粉煤灰粉末；按質(zhì)量比為1:10稱取活化粉煤灰粉末與海藻酸鈉粉末，先向海藻酸鈉加入少量去離子水，混合攪勻，再于攪拌下加入活化粉煤灰粉末，加水配制成固含量30?40%的勻漿，然后將勻漿加入到中空有內(nèi)腔的筒狀模具中，所述筒狀模具包括底面和與底面邊緣密封連接的側(cè)面筒，底面和側(cè)面筒垂直，底面和側(cè)面筒圍成中空內(nèi)腔，所述模具在模具內(nèi)腔的底部內(nèi)表面或模具的頂蓋內(nèi)表面垂直于模具底平面方向均勻布置有多根相互平行的柱子，勻漿注滿模具內(nèi)腔后，蓋上頂蓋；最后，將裝有勻漿的模具于_20°C溫度下冷卻定型(通常冷卻30?60分鐘)，脫模制得海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板。
[0008]上述的制備方法中，粉煤灰粉末是將粉煤灰在100°C的烘箱中烘干至恒重，過100目標準篩，得到所述粉煤灰粉末。
[0009]所述硫酸的用量比例為:每IOOg的粉煤灰粉末中加入IM的硫酸50mL。
[0010]所述活化后干燥除去水分，可于25?100°C溫度下烘干除去水分。
[0011 ] 上述的制備方法中，在制備勻漿的過程中，先將海藻酸鈉加入去離子水中攪勻，然后邊加粉煤灰，邊攪拌，加水使得粉煤灰和海藻酸鈉完全混勻，配成固含量30?40%的勻漿。所述固含量是指勻漿中海藻酸鈉-粉煤灰混合物占勻漿總質(zhì)量的百分數(shù)。
[0012]所述海藻酸鈉加入少量去離子水，用于混合海藻酸鈉的去離子水的質(zhì)量用量一般為海藻酸鈉質(zhì)量的0.6倍。
[0013]上述的制備方法中，所述筒狀模具包括底面和與底面邊緣密封連接的側(cè)面筒，所述側(cè)面筒與底面垂直，底面和側(cè)面筒圍成中空內(nèi)腔，所述底面可以為各種形狀，可以為圓形、方形等，所述側(cè)面筒相應(yīng)的可以為圓筒狀或方筒狀，所述模具內(nèi)部的柱子可以設(shè)置于模具內(nèi)腔的底部內(nèi)表面或模具的頂蓋內(nèi)表面，柱子垂直于模具底平面方向，與模具的垂直軸線相互平行。所述柱子的形狀也可以為各種形狀，如圓形、方形等。模具內(nèi)裝有勻漿的高度不高于柱子的最低高度，所述柱子的高度通常不大于模具內(nèi)腔的高度，優(yōu)選柱子高度和模具內(nèi)腔高度相同。模具內(nèi)腔的高度優(yōu)選小于模具底面的平面尺寸直徑。所述柱子的平面密度優(yōu)選為I?10根/100cm2。所述模具頂蓋的直徑尺寸大于側(cè)面筒的內(nèi)徑尺寸。
[0014]本發(fā)明所述粉煤灰可直接從煤廠獲得。
[0015]進一步，優(yōu)選所述筒狀模具為環(huán)形筒狀模具，包括圓形底面和與底面垂直、與底面圓邊緣密封連接的側(cè)面圓筒，圓形底面為三個同心圓，夕卜環(huán)直徑為35cm,向內(nèi)依次為30cm,20cm，圓形底面和側(cè)面圓筒圍成中空內(nèi)腔，模具內(nèi)腔高度2cm;模具的頂蓋為圓形頂蓋，直徑36cm,頂蓋內(nèi)表面上均勻分布著30根圓柱柱子,柱子直徑0.5?Icm,其中外圍兩圈各10根，內(nèi)圈均勻分布共10根，柱長2cm。
[0016]本發(fā)明還提供一種利用上述制備方法制備所得的海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板在吸附固定土壤中重金屬中的應(yīng)用，可用于吸附土壤中的重金屬如銅和/或鎘等。
[0017]具體的，所述應(yīng)用的方法為:將海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板水平鋪設(shè)在土壤中，鋪設(shè)深度為10?20cm，鋪設(shè)時間為7?20天，可吸附土壤中的重金屬。吸附處理后吸附有重金屬的多孔吸附板從土壤中取出回收處理，吸附處理后的土壤進行回填。
[0018]通過測定吸附板中的重金屬含量，可表征多孔吸附板對污染土壤中的吸附效果。本發(fā)明實施例結(jié)果表明，吸附板對土壤中的重金屬具有明顯的吸附效果，鋪設(shè)7天后吸附板對銅和鎘的吸附量分別為:9.2mg/g和11.9mg/g0
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:制作工藝過程快速且簡單，利用酸活化的固體廢棄物粉煤灰，與海藻酸鈉鹽混合使用大大降低了土壤重金屬的含量，利用粉煤灰以廢治廢，變廢為寶，為粉煤灰的處理開辟了新途徑，為研究和開發(fā)新型的土壤重金屬阻控技術(shù)提供了新思路，也為利用粉煤灰修復(fù)土壤重金屬污染控制提供了重要的參考價值。對于不同土壤層和不同土壤類型，有針對性地設(shè)計吸附材料，可明顯提高吸附和固定土壤重金屬的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1實施例1制備所得的海藻酸鈉-粉煤灰環(huán)形多孔吸附板俯視圖。
[0021]圖2實施例1制備所得的海藻酸鈉-粉煤灰環(huán)形多孔吸附板立體圖。

【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]實施例1 一種用于土壤重金屬吸附的環(huán)形多孔吸附板的制備方法，包括以下步驟:
[0024](I)取煤廠的粉煤灰在100°C的烘箱中烘干至恒重，過100目標準篩，得粉煤灰粉末，每IOOg的粉煤灰粉末中加入IM的硫酸50mL，攪拌，最后放置80°C下活化2?3小時，烘箱中27?30°C干燥除去水分，得到活化粉煤灰粉末；
[0025](2)按質(zhì)量比分別為1:10稱取活化粉煤灰粉末與海藻酸鈉粉，制備勻漿時，先將海藻酸鈉加入0.6質(zhì)量倍的去離子水中，混合攪勻，再將活化粉煤灰陸續(xù)邊攪拌邊加入，力口水制得勻漿；勻漿中海藻酸鈉-粉煤灰混合物占勻漿總質(zhì)量的30% ；
[0026](3)將勻漿加入到環(huán)形筒狀模具中，所述模具包括圓形底面和與底面垂直、與底面圓邊緣密封連接的側(cè)面圓筒，圓形底面為三個同心圓，夕卜環(huán)直徑為35cm,向內(nèi)依次為30cm,20cm，底面和側(cè)面圓筒圍成中空內(nèi)腔，模具內(nèi)腔高度2cm;模具的頂蓋為圓形頂蓋，直徑36cm,頂蓋內(nèi)表面上均勻分布著30根圓柱柱子,直徑0.5?Icm,其中外圍兩圈各10根，內(nèi)圈均勻分布共10根，柱長2cm，勻漿注滿模具后加上頂蓋；裝有勻漿的模具置于_20°C的冰箱中冷卻30分鐘后定型。
[0027](4)脫模制得海藻酸鈉-粉煤灰環(huán)形多孔吸附板。所得的海藻酸鈉-粉煤灰環(huán)形多孔吸附板俯視圖見圖1，立體圖見圖2。
[0028]實施例2—種用于土壤重金屬吸附的環(huán)形多孔吸附板的應(yīng)用方法，包括以下步驟:
[0029](I)取粉煤灰在100°C下烘干至恒重，過100目標準篩，得粉煤灰粉末，每IOOg的粉煤灰粉末中加入IM的硫酸50mL，攪拌，最后放置80°C下活化2?3小時，烘箱中27?30°C干燥除去水分，得到活化粉煤灰粉末；
[0030](2)按質(zhì)量比為1:10稱取活化粉煤灰與海藻酸鈉粉末，制備勻漿時，先將海藻酸鈉加入0.6質(zhì)量倍的去離子水中，混合攪勻，再將粉煤灰陸續(xù)邊攪拌邊加入，制得勻漿。海藻酸鈉-粉煤灰混合物溶于去離子水中占溶液總質(zhì)量的30% ；
[0031](3)勻漿均勻地加入到實施例1的環(huán)形筒狀模具中，然后將布有30根柱子的桶蓋加上，模具置于_20°C的冰箱中冷卻30分鐘定型。
[0032](4)脫模制得海藻酸鈉-粉煤灰環(huán)形多孔吸附板。
[0033](5)將海藻酸鈉-粉煤灰環(huán)形多孔吸附板水平鋪設(shè)在土壤中，鋪設(shè)深度為10?20cm，鋪設(shè)周期為7天，測定吸附板中的重金屬含量(采用原子吸收光度儀檢測)，以此表征環(huán)形多孔吸附板對污染土壤中的吸附效果。結(jié)果表明，吸附板對土壤中的重金屬具有明顯的吸附效果，7天時吸附板對銅和鎘的吸附量(單位質(zhì)量吸附板上銅、鎘的含量)分別為:9.2mg/g和11.9mg/g。吸附處理后吸附有重金屬的多孔吸附板從土壤中取出回收處理,吸附處理后的土壤進行回填。
【權(quán)利要求】
1.一種用于土壤重金屬吸附的多孔吸附板的制備方法，其特征在于所述方法為:粉煤灰粉末中加入硫酸，攪拌均勻后放置80°c下活化2?3小時，再干燥除去水分，得到活化粉煤灰粉末；按質(zhì)量比為1:10稱取活化粉煤灰粉末與海藻酸鈉粉末，先向海藻酸鈉加入少量去離子水，混合攪勻，再于攪拌下加入活化粉煤灰粉末，加水配制成固含量30?40%的勻漿，然后將勻漿加入到中空有內(nèi)腔的筒狀模具中，所述筒狀模具包括底面和與底面邊緣密封連接的側(cè)面筒，底面和側(cè)面筒垂直，底面和側(cè)面筒圍成中空內(nèi)腔，所述模具在模具內(nèi)腔的底部內(nèi)表面或模具的頂蓋內(nèi)表面垂直于模具底平面方向均勻布置有多根相互平行的柱子，勻漿注滿模具內(nèi)腔后，蓋上頂蓋；最后，將裝有勻漿的模具于_20°C溫度下冷卻定型，脫模制得海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述粉煤灰粉末是將粉煤灰在100°C的烘箱中烘干至恒重，過100目標準篩，得到所述粉煤灰粉末。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硫酸的用量比例為:每10g的粉煤灰粉末中加入IM的硫酸50mL。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述模具內(nèi)柱子的高度為模具內(nèi)腔的高度，模具內(nèi)勻漿的高度不高于柱子的高度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述筒狀模具為環(huán)形筒狀模具，包括圓形底面和與底面垂直、與底面圓邊緣密封連接的側(cè)面圓筒，圓形底面為三個同心圓，外環(huán)直徑為35cm，向內(nèi)依次為30cm，20cm，圓形底面和側(cè)面圓筒圍成中空內(nèi)腔，模具內(nèi)腔高度2cm ;模具的頂蓋為圓形頂蓋，直徑36cm，頂蓋內(nèi)表面上均勻分布著30根圓柱柱子，柱子直徑0.5?Icm,其中外圍兩圈各10根，內(nèi)圈均勻分布共10根,柱長2cm。
6.如權(quán)利要求1?5之一所述的方法制得的海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板。
7.如權(quán)利要求6所述的海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板在吸附固定土壤中重金屬中的應(yīng)用。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于所述海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板用于吸附固定土壤中的銅和/或鎘。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于所述應(yīng)用的方法為:將海藻酸鈉-粉煤灰多孔吸附板水平鋪設(shè)在土壤中，鋪設(shè)深度為10?20cm，鋪設(shè)時間為7?20天，吸附處理后吸附有重金屬的多孔吸附板從土壤中取出回收處理，吸附處理后的土壤進行回填。
【文檔編號】B01J20/28GK104043435SQ201410190695
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】張杭君, 董鳴, 周根娣, 李文兵, 賈秀英 申請人:杭州師范大學(xué)