[发明专利]修复重金属污染土壤的纳米材料修复剂及其修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤污染处理技术领域，尤其涉及一种修复重金属污染土壤的纳米材料修复剂及其修复方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着经济的快速发展，伴随的一个负面影响就是含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤中相应重金属元素的富集。土壤污染不但影响农产品产量与品质，而且涉及大气和水环境质量，并可通过食物链危害动物和人类的生命和健康，也就是说，土壤污染影响到整个人类生存环境的质量。目前，据统计，全世界平均每年排放的重金属离子量在不断增加，一个统计表明不同重金属离子的年均排放量如下：汞(Hg)约1.5万吨，铜(Cu)约340万吨，铅(Pb)约500万吨，锰(Mn)约1500万吨，镍(Ni)约100万吨。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8％，其中轻度污染的占46.7％，中度污染的占9.7％，严重污染的占8.4％，其中以汞(Hg)和镉(Cd)污染面积最大。而据国家环保总局牵头调查的数据显示，珠三角、长三角、环渤海这些经济先发展起来的地区，都面临着严重的土壤污染问题。其中，珠三角40％农田金属污染超标，致使粮食减产，经济损失不断增大。同时，土壤重金属污染可引起植物生理功能紊乱，营养失调，而且通过食物链进入人体后，潜在危害极大。在这种情势下，土壤重金属污染越来越受到人们的关注，已成为全球面临的重要环境问题，土壤重金属污染问题已成为环境和土壤学工作者研究热点。

当前土壤重金属污染问题越来越严重，关于土壤污染修复技术的研究也越来越受到研究人员的关注。目前，绝大部分工作尚处在实验室模拟实验阶段，达到现场应用程度的成熟方法很少。

纳米材料是指空间三维中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或以其作为基本单元构成的材料。因其介于宏观的常规细粉和微观的原子团簇之间的过渡介观区域，故呈现出一些独特的性质，其中一个重要的特性是表面效应。表面效应指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的改变。研究表明，随着粒子直径减小，表面原子占总原子的百分数急剧增加；同时，纳米粒子的表面积及表面能也迅速增大。这使得纳米材料具有优良的表面吸附和化学反应活性。正因为纳米材料具有传统材料不具备的一些新特性，已成为当今研究的前沿热点领域。

发明内容

为了解决上述技术问题，即针对当前土壤存在的重金属污染问题，同时，基于纳米材料具有高比表面积、高反应活性和强吸附特性等优点，本发明的目的是提供一种修复重金属污染土壤的纳米材料修复剂及其修复方法。通过该修复剂修复受到重金属污染土壤的修复效果明显。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种修复重金属污染土壤的纳米材料修复剂，由下列物质混合组成：60-70％体积份的粒径为27nm，纯度为98％的纳米羟基磷灰石(nHA)、10-20％体积份的粒径为10nm，呈球形的纳米级零价铁(nZVI)颗粒和10-30％体积份的纯油酸。

一种修复重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：将上述纳米材料修复剂混施入土壤中，其中，纳米修复剂与土壤的质量比例为1∶10000～15000。修复剂和土壤需要反应一定的时间，修复效果才明显。其中，修复剂和土壤的反应时间为60天时，对重金属的修复可以达到最佳吸附效果。

修复剂有很强的固定重金属的能力，在某特定pH值，铅(Pb)和镉(Cd)离子在纳米羟基磷灰石上的吸附率分别高达93.5％和58.9％，同时能增加重金属污染土壤中铅(Pb)和镉(Cd)离子的化学稳定性。通过室内培养实验研究发现以纳米羟基磷灰石为主的修复材料的施入显著降低了土壤中铅(Pb)和镉(Cd)的生物有效性，土壤中有效态铅(Pb)和镉(Cd)的含量与纳米羟基磷灰石的施用量呈显著负相关，随着修复剂的施入，植物的地上部分生长更为茂密，地下部分的根系生长得更为发达。

实施例：

实例：江西省某重金属污染土壤场地

实例上壤场地面积为20m²，为了避免所得结果的误差大或者不准确，分别选取三块土壤，施入同样量的修复剂，然后测量结果后取它们的平均值。修复剂的成分如下：70％体积份的粒径为27nm，纯度为98％的纳米羟基磷灰石(nHA)、15％体积份的粒径为10nm，呈球形的纳米级零价铁(nZVI)颗粒和15％体积份的纯油酸。