[发明专利]低品位凹凸棒石原矿重金属固化材料及其对污染土壤进行原位修复的方法

说明书

本发明公开了一种低品位凹凸棒石原矿重金属固化材料及污染土壤的原位修复方法，利用含伴生矿的凹凸棒石原矿为载体，废弃油脂为碳源，采用一步炭化法制备重金属固化材料。凹凸棒石原矿经煅烧处理既活化了凹凸棒石的微孔和介孔结构，显著提升了对土壤中重金属离子的吸附性能。同时生物炭赋予其表面改性功能基团，达到协同和互补的效果，进一步提升了对重金属离子的吸附性能。本发明利用了含伴生矿的凹凸棒石原矿对重金属污染土壤的修复，在重金属污染土壤修复方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明公开了一种低品位凹凸棒石原矿重金属固化材料及其对污染土壤进行原位修复的方法，属于土壤重金属修复剂及修复方法。

技术背景

土壤重金属污染已成为全球性的环境污染问题。目前常见的重金属污染土壤修复技术主要有物理修复、化学修复、生物修复和农业调控技术等。其中，化学钝化/ 固定技术由于其能快速、大幅度的降低重金属的生物有效性和毒性而被广泛运用。钝化技术主要是依靠钝化剂来降低土壤中重金属的移动性和生物有效性，将其以更稳定的形式存在于土壤中。目前，可被用作重金属钝化剂/ 稳定剂的材料有天然沸石、草炭、磷矿粉、生石灰等等，这些材料应用广适性差，过多施入后会严重改变土壤的原始理化性质。所以，有针对性的选择一种或多种效率高、稳定性长久的钝化剂是该技术实际应用中的关键。

生物炭由于具有多孔性、高比表面积、较强表面吸附、高度化学惰性和芳香化结构，以及富含羟基、酚羟基和羧基等官能团等特性，其在土壤改良和环境保护方面成为国内外研究的热点。如CN102553905A 公布了应用生物炭与有机肥复配原位修复菜地土壤镉污染的方法；CN101618394 公布了一种利用生物炭修复多环芳烃污染土壤的方法；CN102583618A 公布了一种生物质炭吸附生物质废水中的有机物的工艺方法；CN101380639公布了一种生物碳质截留固定土壤持久性有机污染物的方法。

凹凸棒石是一种具有独特纳米棒状结构的层链状含水富镁、铝硅酸盐黏土矿物。凹凸棒石特殊孔道、活性中心的存在，对水体有良好的净化功能。如CN 101973615 A 和CN103691404 A 分别公开了净化饮用水和养殖水体的凹凸棒石净水材料，改性后凹凸棒石有效去除饮用水中氨氮、磷盐、藻毒素、重金属等含量。

研究表明凹凸棒石负载生物炭对重金属吸附有良好的促进作用，现有专利CN105289494A、CN104667875A 和 ZL201510097602.8分别公开了采用不同原料和方式在凹凸棒石棒晶上原位负载活性炭，制备生物炭/凹凸棒石复合材料，充分利用了凹凸棒石和炭材料的吸附性能，有效提高了对重金属、有机分子等吸附能力。但凹凸棒石矿常伴生有石英、蛋白石、蒙脱石、伊利石、高岭石等矿物，如采用提纯凹凸棒石则会加大材料成本费用，难以实现工业化应用。因此，在提纯凹凸棒石上负载生物炭限制了其产业化的规模，无法满足修复重金属污染土壤的市场需求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种低品位凹凸棒石原矿重金属固化材料及其对污染土壤进行原位修复的方法，

采用一步炭化法制备生物炭/黏土基复合修复材料，不仅实现重金属污染土壤的修复，而且有效利用含伴生矿的凹凸棒石原矿，在重金属污染土壤修复方面具有广阔的应用前景。

本发明的技术解决方案是该低品位凹凸棒石原矿重金属固化材料的制备方法包括如下步骤：（1）向低品位凹凸棒石原矿均匀喷洒复合酸溶液，晾晒3个月以上，自然风干，粉碎过200目筛；（2）酸化后凹凸棒石与废油脂以质量比5:1-10:1混合，压滤后送入回转窑中，氮气气氛下于400~600℃炭化处理1~4h；（3）经烘干、过筛，得到低品位凹凸棒石原矿重金属固化材料，质量水分控制在10%以下。

其中，所述低品位凹凸棒石原矿为凹凸棒石质量含量低于30% 的原矿或尾矿，主要杂矿为石英、蛋白石、蒙脱石、伊利石、高岭石、磷灰石中一种或几种。