[发明专利]利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤稳定化处理的方法

说明书

技术领域

本发明属于污染环境中重金属污染修复领域，尤其涉及一种利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤的稳定化处理的方法。

背景技术

人类活动如矿山开采、金属冶炼、农田污灌、污泥农用以及肥料和杀虫剂的施用，已经造成了大量的土壤重金属污染，严重威胁着生态平衡、食品安全和人体健康。其中镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铬（Cr）和铅（Pb）被认为是主要重金属污染物中的“五毒”。《全国土壤污染状况调查公报》中显示：全国土壤总的超标率为 16.1%，污染类型以无机型为主，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%，耕地土壤点位超标率为19.4%。矿冶活动是重金属污染的主要来源。无论是受重金属污染较严重的工矿废弃地，还是污染程度相对较轻的农业污染土壤，往往表现为多种重金属的复合污染。更为复杂的是，污染土壤的各种重金属间通常会发生交互作用，为土壤重金属污染治理与修复技术的应用带来了困难。

重金属的不可降解性决定了其将长期存在于土壤中。为了降低重金属污染物的生物有效性以及迁移性，在众多重金属污染治理技术中，重金属的稳定化技术被认为是经济有效、且对环境扰动较小的修复技术，已日渐受到重视，并逐渐应用于重金属污染场地的修复。零价铁（zero valent iron，ZVI）技术，因其操作工艺简单、处理效率高、运行费用低、能耗小、材料易得等特点，被视为一种较有潜力的土壤稳定修复技术。其中，纳米级别的零价铁（nano-scale zero-valent iron，nZVI）具有普通毫米级或微米级零价铁不能比拟的还原吸附能力，能高效得将污染物，如含氯有机物、有毒金属、无机化合物转变为低毒或惰性的物质，已在水环境中得到了应用，但仍缺乏在土壤中的研究和应用。

由于纳米零价铁颗粒表面静电荷引力、高表面能、颗粒间的范德华引力以及颗粒表面的氢键及其他化学键作用，导致纳米颗粒容易形成聚合体，且纳米零价铁零价铁易被氧化，这两个缺陷制约了其在污染水体及土壤中的分散性、迁移性，是限制其修复能力的最大障碍。因此，对纳米零价铁进行改性，并应用于复合污染重金属土壤，对重金属复合污染土壤的修复具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种操作简单，修复效率高，修复成本低，且避免对环境造成二次污染的利用聚乙烯吡咯烷酮改性的纳米零价铁在复合重金属污染土壤的稳定化处理方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

一种利用改性纳米零价铁对重金属污染土壤的稳定化处理的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤（1）土壤前处理，步骤（2）改性纳米零价铁制备，步骤（3）改性纳米零价铁与土壤中混合，步骤（4）改性纳米零价铁稳定化重金属复合污染土壤评价。

具体地，所述方法包括以下步骤：

步骤（1）土壤前处理：将重金属污染土壤放在通风良好、整洁、无尘、无易挥发性化学物质的房间风干，将风干后的重金属污染土壤进行磨碎，过2mm尼龙筛，完成土壤的预处理；

步骤（2）改性纳米零价铁制备：在室温、氮气保护下，往浓度为0.01M的FeSO₄溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP K-30），机械搅拌使之充分混合，混合时间为15min，然后加入浓度为0.03M的NaBH₄溶液，在氮气保护条件下，机械搅拌，混合时间20min，制得改性纳米零价铁颗粒；静置五分钟后真空抽滤，洗涤；

步骤（3）改性纳米零价铁与土壤中混合：将步骤（2）中得到改性纳米零价铁颗粒，加入超纯水，用机械搅拌器快速搅拌，制成改性纳米零价铁溶液，然后将改性纳米零价铁溶液加入到步骤（1）中经过前处理的土壤中，并用水使土壤水分饱和，用恒温振荡机振荡，随后在通风条件较好的室内静置，进行稳定化处理；

步骤（4）改性纳米零价铁稳定化重金属复合污染土壤评价：对步骤（3）中Fe⁰ 在土壤中稳定性进行测定。

所述步骤（1）中，所述重金属污染土壤的pH为7.4。

所述步骤（3）中，所述改性纳米零价铁溶液的浓度为1.0g/L。

所述步骤（2）中，所述机械搅拌的速度为300rpm。

所述步骤（3）中，所述恒温振荡机振荡参数为：振荡10h以上，温度为20℃～30℃，转速为150rpm。

所述步骤（3）中，室内静置时间为14天～21天。

与现有技术相比，本发明的优点主要包括但是并不限于以下几个方面：