[发明专利]一种骨架改性海泡石及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种骨架改性海泡石及其制备方法和在阻隔土壤重金属离子中的应用。包括以下步骤：海泡石通过无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，然后在强碱性条件下用三价铝盐水热改性；获得骨架改性海泡石，其结构式为Mg_(8‑1.5x)Al_xSi_(12‑0.75y)Al_yO₃₀(OH)₄(H₂O)₂·zSiO₂(H₂O)₂，x的取值不超过5，y的取值不超过6，z不大于0.75y。化学计量数x和y可以调节，改性海泡石通过调节骨架掺杂原子的化学计量比调节表面吸附活性硅酸的分子数和溶液中游离硅酸分子数，提高吸附性能的同时，为作物提供活性硅源。本发明制备的骨架改性海泡石能够有效阻隔土壤中的重金属离子进入食物链，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于海泡石改性及其应用技术领域，具体涉及一种骨架改性海泡石及其制备方法和在阻隔土壤重金属离子进入稻米中的应用。

背景技术

海泡石是一种天然的多孔矿物纤维，通过解离和骨架置换后，可以获得纳米结构的硅纤维骨架，且有一部分产生脱落成为单分子硅酸或小分子聚合硅酸，这些硅酸在一定的条件下可以通过植物导管或叶、茎表面的气孔进入植物体内，固定植物体内通过水迁移而携带的重金属离子，从而将重金属离子固定在作物的茎和叶部分，而阻止重金属离子进入果实，达到阻隔重金属离子进入人体食物链中。本发明采用天然海泡石(Mg₈Si₁₂O₃₀(OH)₄(H₂O)₂)为原料，通过酸性溶液将海泡石解离成纳米纤维，在强碱性条件下将客体铝离子同时插入到硅骨架结构和替代平衡离子，形成杂化骨架结构，骨架改性后得到改性海泡石结构式为Mg_(8-1.5x)Al_xSi_(12-0.75y)Al_yO₃₀(OH)₄(H₂O)₂·zSiO₂(H₂O)₂，化学计量数x和y可以调节，改性海泡石通过调节骨架掺杂原子的化学计量比调节表面吸附活性硅酸的分子数和溶液中游离硅酸分子数。

土壤中重金属离子来源复杂，迁移方法和迁移源具有多样性，包括了水迁移、气相迁移和渣相迁移，这些污染源的多样性给耕地重金属离子的防治带来了极端的困难。目前土壤修复的处理方法包括生物法、吸附法、淋洗法以及表层污染土置换，这些方法均有不足，如生物法和吸附法处理后的含重金属离子的吸附渣的堆存困难，容易产生二次污染；淋洗法的工程量大，且含重金属离子的废水处理困难；表层污染土的置换也是工程量大，而且需要海量的非污染土源；更重要的是这些自理方法并不能从根本上治理土壤重金属离子污染，而且后面几种处理方法会导致土壤中有机质流失，减少土壤肥效。耕地重金属离子污染和迁移是粮食总金属离子超标的主要原因之一，对我国粮食安全造成了严重威胁。本发明公开了一种用于粮食重金属离子阻隔的含单硅酸的改性海泡石及其制备方法能够有效解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种骨架改性海泡石及其制备方法和在阻隔土壤重金属离子中的应用。

本发明的骨架改性海泡石的制备方法，包括以下步骤：海泡石通过无机酸溶液酸化处理解离后得到单纤维海泡石，然后用三价铝盐水热改性；处理完成后过滤分离干燥，获得骨架改性海泡石，其结构式为Mg_(8-1.5x)Al_xSi_(12-0.75y)Al_yO₃₀(OH)₄(H₂O)₂·zSiO₂(H₂O)₂，x的取值不超过5，y的取值不超过6，z不大于0.75y。