[发明专利]一种有机物与无机物复合体及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及用于重金属污染土壤场合的原位钝化修复技术领域中的一种有机物与无机物复合体及其制备方法。

背景技术：

目前，农业用地中的土壤由于长期使用化肥和各种农药，再加上水质的污染使土壤中的重金属含量复杂，影响了土壤的农业性能和质量。长期以来，寻求一种修复土壤的原位钝化技术越来越引起有关部门和专家的重视，特别是寻求一种利用有机物和无机物结合体，实现土壤原位钝化修复功能，更有利于我国土壤质量的提高和农业发展。

膨润土(Bentonite)通常是与众多矿物伴生，以蒙脱石(Montmorillonite)为主要成分的粘土矿无机物。蒙脱石的特性决定了膨润土的基本性能，它是由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝(镁)氧(羟基)八面体构成的2∶1型层状硅酸盐矿物，属单斜晶系。猪粪作为有机物，其降解产物的主要化学成分是有机酸，如胡敏酸、富里酸、氨基酸，或者糖类及含氮、硫杂环化合物等，它们的活性基团有：COO-、-NH、＝NH、＝PO₄、-S-、-O-等。

晶胞片层间的几何空间构成了独特的蒙脱石层间域，这是一个特殊的化学反应场所。通过层间交换、层间吸附、层间催化、层间聚合、层间柱撑等物理化学方法，把其它离子或化合物引入蒙脱石层间域，改变其层间域的电荷、介质、层间距，破坏层电荷分布平衡，使其结构与性质发生相应的变化，就能够制得不同性能的新材料。蒙脱石的层状结构和强离子交换能力使高聚物可能插层于蒙脱石片层之间达到分子水平的结合。在常温常压下，离子、水和盐类以及几乎所有有机物，都能够进出蒙脱石矿物的层间，形成复杂的蒙脱石无机复合体或蒙脱石有机复合体。

制备有机-无机复合体的关键影响因素主要有原土结构、有机物的种类、制备工艺等。蒙脱石层间有机化合物的制备工艺直接影响产品质量。在确定蒙脱石原料、有机材料后，制备的主要环节是有机物的加入量、反应环境(包括体系pH值、温度、反应时间等)。韩丽荣等人的研究表明，改性剂用量是影响有机膨润土吸附性能的主要因素。陈德芳等人的研究表明，有机膨润土层间吸附水的结合力较弱，其耐热性与有机碳链长度有关，碳链越长，分解温度越高。童张法等详细研究了广西宁明膨润土的提纯、钠化、有机化，制备了高性能的有机膨润土。但目前把膨润土等无机物和猪粪等有机物制成复合体用于土壤钝化修复技术，还尚未见有成功的报道。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种以钠基膨润土和猪粪为原料，采用湿法工艺制备符合原位固定技术的有机-无机复合体；通过单因素实验法分别改变有机物猪粪降解液的加入量、反应时间、体系pH值和反应温度等四个主要影响因素，确定有机-无机复合体的最佳制备技术参数；并对制备的有机-无机复合体的表面特性进行分析，为商品化有机-无机复合体的实际生产提供技术方案。

为了实现上述目的，本发明涉及的复合体所使用的无机物膨润土为钠基膨润土，其阳离子交换容量(CEC)为60mmol/100g，膨胀倍数为15ml/g，胶质价为100ml/15g；有机物为猪粪及其降解液；试剂包括盐酸、氢氧化钠、硫酸铜和硝酸银；复合体制备过程中有机物和无机物重量配比为1∶1～6。

本发明的实现所用设备包括酸度计、磁力加热搅拌器、电子天平、电动离心机、微电泳仪、原子吸收分光光度计和扫描电镜；其工艺包括猪粪降解液制备和有机-无机复合体制备两个步骤：

(1)猪粪降解液制备

取干猪粪∶水＝1∶25的重量比例装入容器中，在25℃恒温条件下，加入EM菌液培养30天，将培养物离心10分钟(4000r/min)，上清液用中速定量滤纸过滤，滤液即猪粪降解液置于4℃环境下保存备用；

(2)有机-无机复合体制备

有机-无机复合体制备采用悬浮液湿法工艺，在常温常压下，离子、水和盐类以及有机物，都能够进出蒙脱石矿物的层间，形成复杂的蒙脱石无机复合体和蒙脱石有机复合体。

取100目细度的钠基膨润土矿粉，加水搅拌至浆状，再缓缓加入备用的猪粪降解液，配成10％重量百分比浓度的悬浮液进行反应，用1.0mol/L氢氧化钠或1.0mol/L盐酸溶液调节体系的pH值为3～11，在25～70℃温度下反应0.5～3小时后，冷却至室温，用水洗去未反应的有机物，再用硝酸银检验无沉淀为止，离心沉淀物在常温下自然风干后研磨，过100目筛，得到有机-无机复合体，放入干燥器内干燥备用。