[发明专利]一种用共缩聚法制备土壤重金属原位钝化修复材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤重金属原位钝化修复材料的制备技术，具体指一种用共缩聚法制备土壤重金属原位钝化修复材料的方法。

技术背景

重金属是目前我国农田的主要污染物，1980年全国受污染的农田面积为2.67×10⁴km²，1988年为6.7×10⁴km²，1998年全国受到镉、砷、铅、铬、汞等重金属污染的耕地近2×10⁵km²，约占总耕地面积的1/5，其中镉污染耕地1.33×10²km²，涉及11个省25个地区；汞污染3.2×10²km²，涉及15个省21个地区。2000年原国家环保总局对30万公顷基本农田保护区土壤有害重金属抽样监测，其中3.6万公顷土壤重金属超标，超标率达12.1％。2006年我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过1000万吨，被重金属污染的粮食多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元。农田土壤重金属污染已成为影响我国农产品质量，限制我国农产品贸易的主要障碍之一。

重金属污染土壤修复技术按照场地分可分为就地原位修复和离地异位修复；按照学科分类可分为工程治理、化学修复、农业治理与生物修复四种。重金属污染防治技术关键问题是成本，这也是妥善解决环境与发展的矛盾之所在。大多数污染土壤处理技术普遍存在成本高、修复时间长等缺点，难以在污染治理实践中得到大规模推广与应用。在众多化学修复方法中，钝化固定、生化降解等原位修复方法更能显示出优越性。人们也急需一种低投入快速原位修复重金属污染土壤的方法，尤其对于农业生产活动所造成的面源污染。在所有的这些原位修复方法中，原位化学修复能更好地满足治理土壤中重金属污染的要求。目前广泛研究的向土壤中添加熟石灰、硅酸钙等化学物质，均影响土壤理化性质与肥力，对微生物生长环境造成不同程度的影响，也影响修复完成后土壤的可利用程度。因此需要进一步寻找和研究对土壤环境友好的重金属污染原位修复材料。目前钝化材料种类较多，大致可分为有机、无机和有机-无机复合三种类型。近年来在土壤钝化材料筛选、改性、应用等方面开展了许多研究，取得了一些成果，先后有多个专利申请文件公开。例如，在无机钝化材料筛选和应用方面，有单一使用含磷材料(一种利用骨炭治理铅污染土壤的方法，申请号CN200510006261.5；一种用于治理重金属污染土壤的调控剂及其制备和使用方法，申请号CN200710019264.1)，还有多种无机材料联合使用(污染土壤的改良方法，申请号CN200410038419.2；降低茶叶铅含量的土壤改良剂及方法，申请号CN200710068073.4)。在有机-无机复合钝化材料应用方面，也有一些相关的专利申请(一种原位治理土壤重金属污染的固定剂，申请号CN200410082977.9；重金属污染土壤原位修复剂，申请号CN200510002116.X；蔬菜地土壤重金属钝化剂，申请号CN200810022969.3)。

目前，原位化学钝化修复技术仍存在一些问题。已有的钝化材料主要以含磷物质、石灰和有机物料等为主，施用量较大，导致成本较高，而且可能影响土壤理化性质，降低土壤肥力；在修复过程中，往往对单一重金属污染效果显著，而对多种元素复合污染的处理效果并不突出；缺乏多季试验和田间试验的研究资料，对钝化材料修复效果的稳定性和环境安全性认识不足。以上这些问题限制了原位钝化修复技术在土壤重金属污染治理中的推广应用。为了解决上述问题，有必要借助材料学科的相关技术，开发制备修复效率高、适用范围广、效果稳定、生产工艺简单的新型钝化材料，并完善其配套使用技术，加强修复过程中和修复后环境安全性的监测与评价，避免二次污染的发生。

自1992年Mobil公司的研究人员成功合成M41S系列介孔分子筛和日本早稻田大学Kuroda制备FSM-16等发现表面活性剂模板的六方有序介孔硅结构以来，纳米多孔材料以其高的比表面积、均匀的孔径分布、丰富的表面基团，其结构的可控合成、性质及应用引起了广大科研工作者的兴趣。本发明属于有机-无机杂化钝化修复材料，以介孔二氧化硅SiO₂作为基体材料，根据软硬酸碱理论通过表面修饰引入能与Cd²⁺、Pb²⁺等离子具有强键合固定能力的巯基，完成钝化修复目的。

发明内容