[发明专利]一种改性海泡石粉的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性海泡石粉的制备方法及其应用，属于污染土壤修复技术领域。

背景技术

随着城市化，工业化的发展，土壤重金属污染日益突出。据不完全统计，我国受重金属污染的耕地面积占全部耕地的约五分之一。在我国湖南、四川等地的农田，镉是超标最严重的重金属污染物。水稻作为镉的超富集植物，在镉超标的土壤种植，很容易导致镉在稻米中富集，成为“镉米”，长期食用会导致镉在人体中累积，引发“痛痛病”等疾病，严重危害人类健康。近年来，与农田镉污染和农产品镉污染相关的公害事件不断发生，使得镉污染农田的修复治理及污染农田农产品的无害化生产技术成为亟待处理的问题。

目前，重金属污染农田的土壤修复主要有两个途径：土壤钝化修复通过在土壤中施用钝化剂降低重金属的活性，使其不易被农产品吸收；植物修复通过种植对重金属有较强吸收和累积的植物，将土壤中的重金属富集到植物体内进行富集。植物修复法修复周期较长，针对中低浓度重金属污染，土壤钝化修复是成本较低，见效快并且较少影响农业生产的修复方法，在目前仍被广泛使用。

常用的土壤钝化剂包括有机类、无机类、新型杂化材料等等。主要的作用机理是提升土壤pH值及重金属的吸附。土壤钝化剂中，重金属的钝化效果，钝化的实效性及钝化剂投加量均是重要的考量指标。如何在较少的钝化剂投加量下获得较为长效的重金属钝化效果是土壤钝化研发的重要课题。

发明内容

本发明目的在于提供一种低用量、钝化效果优异、钝化效果稳定的农田镉污染修复制剂。

本发明的技术方案是，提供一种改性海泡石粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)用酸调节乙醇水溶液的pH为3-5，得溶液A；

(2)加热使溶液A温度保持在75-85℃，得溶液B；

(3)在溶液B中加入海泡石粉，海泡石粉的粒径不超过60目，海泡石粉与溶液B的质量比为1:10-20，搅拌得均匀的悬浊液；

(4)在悬浊液中加入巯基硅烷偶联剂，继续搅拌4-8小时；

(5)停止加热和搅拌，分离出海泡石粉，去离子水洗净，烘干，即得改性海泡石粉。

进一步地，海泡石粉即选用天然的海泡石粉。

进一步地，所述乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:2-2:1。

进一步地，所述巯基硅烷偶联剂为3-(巯丙基)三甲氧基硅烷或3-(巯丙基)三乙氧基硅烷。

进一步地，所述巯基硅烷偶联剂投加量为海泡石粉重量的5-10％。

进一步地，所述酸为乙酸。

本发明进一步地提供上述制备方法获得的改性海泡石粉在钝化镉污染土壤中的应用。

进一步地，所述镉污染土壤的pH值为4.5-7.0。

进一步地，所述镉污染土壤中的镉浓度小于2mg/kg。

进一步地，每千克所述镉污染土壤中施用改性海泡石粉0.5-2g。

进一步地，所述镉污染土壤中施用改性海泡石粉和石灰的混合制剂，混合制剂中改性海泡石与石灰的质量比为1:4-4:1。

进一步地，每千克所述镉污染土壤中施用混合制剂0.5-2g。

本发明改性海泡石粉的主要制备机理是：海泡石的主要成分是硅镁氧化物形成的多孔状结构，部分孔洞由杂质所充填。在偏酸性的水溶液中加热，可将表面部分镁氧键破坏，形成表面羟基，并去除掉其中的杂质，使孔道增多。巯基硅烷偶联剂不溶于水，但易溶于乙醇与水的混合溶液，与海泡石进行热反应，可以吸附在海泡石的表面及孔道中，形成较为稳定的物理吸附作用。其中偶联剂中甲氧基硅烷部分也可以与海泡石的表面羟基进行缩合反应，使偶联剂与海泡石形成更紧密的结合，为海泡石表面提供大量的巯基基团。

改性海泡石粉应用于农田镉污染修复的主要作用机理是改性海泡石表面富含巯基，可以与土壤中的镉形成十分稳定的Cd-S结构，使其固着在海泡石表面，脱离土壤溶液体系，达到十分稳定的镉固定化效果。本发明所述的改性海泡石粉可以有效降低污染土壤中的有效态镉含量。按照每千克土壤施用0.5-2g改性海泡石的投加量，可使污染土壤中生物有效态镉含量降低20％-50％，稻米中的镉含量下降20％-60％。

本发明制备的改性海泡石粉的有益效果体现在以下几个方面：

(1)本发明所述的改性海泡石粉制备方法简单，易行，施用方便；