[发明专利]一种用于修复重金属污染土壤的螯合剂及其制备和使用方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及土壤修复领域，尤其是一种用于修复重金属污染土壤的螯合剂及其制备和使用方法。

背景技术

重金属对土壤的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，而重金属污染物在土壤中的移动性很小，且不能被微生物降解，因此，如何有效治理土壤重金属污染这一急需解决的问题，一直以来都是国内外环境、土壤科学工作者研究的热点问题。我国于2011年正式批复了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，确立了明确的重金属减排目标。未来5年，中央财政将以百亿元为单位增加对重金属污染防治的投资。

化学稳定法是治理重金属污染的一种方法，其一般原理是通过向污染物中加入化学稳定剂，使之与污染物发生化学反应，使重金属转化为稳定的形态而丧失毒性。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于修复重金属污染土壤的螯合剂及其制备和使用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于修复重金属污染土壤的螯合剂，所述重金属螯合剂为硅胶类聚合物,其分子式为：                                               ，其中，-(CH₂CHCOOH)_n-的分子量为2000～5000。

制备如权利要求1所述的一种用于修复重金属污染土壤螯合剂的方法，包括以下步骤：

（1）用苯磺酸水溶液对硅胶进行活化处理后，用蒸馏水洗涤，干燥后得到活化硅胶；

（2）以三甲苯为溶剂，使活化硅胶与3-溴丙基三氯硅烷反应，反应结束后干燥得溴丙基化的硅胶；

（3）将所述步骤（2）中制得的溴丙基化的硅胶与聚丙烯酸反应，使聚丙烯酸通过化学键接在硅胶上，制得所述用于修复重金属污染土壤的螯合剂。

进一步的，所述步骤（1）的反应条件为：硅胶与苯磺酸的质量比为1︰0.2～3，苯磺酸水溶液质量浓度为5～30%，活化温度为50～95℃，活化时间3～10h。

进一步的，所述步骤（2）的反应条件为：三甲苯用量为活化硅胶质量的1～5倍，活化硅胶与3-溴丙基三氯硅烷质量比为1︰1～2，反应温度为60～100℃，反应时间为10～30h。

进一步的，所述步骤（3）的反应条件为：溴丙基化的硅胶与聚丙烯酸质量比为1︰1～3，在水中以30～70℃反应5～25h，抽滤、干燥，得到所述螯合剂。

进一步的，所述聚丙烯酸的分子量为2000～5000。

更进一步的，所述聚丙烯酸的分子量为3000。

一种用于修复重金属污染土壤的螯合剂的使用方法，所述使用方法如下：先将污染土壤粉碎至土壤粒度80%以上为直径≤1cm的颗粒，然后添加污染土壤质量的0.5～5%的螯合剂，混合搅拌均匀后，再添加铝氧化物、水泥和水，混合搅拌均匀后，养护24～36h。

进一步的，所述螯合剂与铝氧化物、水泥的质量比为：1︰1～5︰1～5，污染土壤含水率控制在20～30%。

进一步的，所述铝氧化物选自三水铝石、诺三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石、γ型氧化铝中的至少一种。

本发明的螯合原理为：按以上方法制备的螯合剂在跟污染土壤充分混合后，通过羟基置换来螯合土壤中的重金属，将其纳入它的大分子体系。下面以常见的二价态重金属离子为例，从化学反应的角度来说明螯合的过程。

重金属螯合剂由于在硅胶表面引入了聚丙烯酸高分子，不但有效的增加了材料表面与重金属离子键合的配位数，同时也提高了硅胶表面的亲水性，这不仅能使硅胶有效地螯合土壤溶液中的重金属，而且还极大地提高了螯合剂的耐酸碱稳定性和抗水解能力。

各种氧化铝和水合氧化铝统称为铝氧化物。典型的铝氧化物包括三水铝石、诺三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石、γ型氧化铝等。铝氧化物具有较高的比表面积，而且表面具有丰富的羟基，对金属离子和有机配位体具有较好的吸附能力。因此作为一种高效的吸附剂，铝氧化物能够很好的促进螯合重金属硅胶体之间的聚集以及它们与土壤颗粒的集结。所以在本螯合剂的使用过程中，铝氧化物是一种很好的辅助试剂。

水泥属于一种水硬性胶凝材料，对土壤具有较好的固结作用，能够将土壤中的各种污染物包裹体有效稳定在土壤中，减少甚至阻止污染物的迁移和扩散，所以水泥也是本螯合剂使用过程中很有效的一种辅助试剂。