[发明专利]一种粉末态和颗粒态锆基钝化剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，以及污染底泥修复技术领域，具体涉及一种粉末态和颗粒态锆基钝化剂及其制备方法，特别是应用于地表水体污染底泥内源磷释放的控制。

背景技术

地表水体富营养化是我国面临的最为严重的水环境问题之一，而磷是引起地表水体富营养化的一种关键营养元素。为控制富营养化，首先需要削减工业、农业和生活等污染源的外源输入，其次需要控制底泥内源磷的释放。

目前，用于控制底泥内源磷释放的主要方法包括底泥疏浚、硝酸钙注射、铝盐钝化、曝气供氧、生态修复、原位物理覆盖和原位钝化等，其中原位钝化技术，即将固态钝化剂直接添加进底泥中或者将其覆盖到底泥-上覆水界面的上方，被认为是一种非常有希望的底泥磷释放控制技术。

对于原位钝化技术而言，选择合适的固态钝化剂材料是非常重要的。文献《Evaluation of sediment amendment with zirconium-reacted bentonite to control phosphorus release》(Jianwei Lin,Hong Wang,Yanhui Zhan,Zhe Zhang,Environ Earth Sci,2016,75:942-958)提出了一种以膨润土作为载体的锆基钝化剂的制备方法，并将其作为底泥改良剂用于内源磷的释放控制，结果发现该锆基钝化剂添加可以极大地降低底泥磷的释放速率。但是该文献所报道的锆基钝化剂的制备方法仍存在一定的缺陷：将该钝化剂投加到水体中后下沉的速度比较慢，这会导致水体的悬浮物浓度和浊度的增加，而且该锆基钝化剂的固磷能力仍然不够高，有待进一步的提高。因此，研究开发新型的锆基钝化剂仍然是非常必要的。

发明内容

本发明针对目前现有的锆基钝化剂的缺陷而提出制备新的粉末态锆基钝化剂和以及利用所述粉末态锆基钝化剂制备的颗粒态锆基钝化剂，并将其应用于底泥内源磷的释放控制，旨在为我国地表水体内源磷的释放控制提供帮助。具体采用以下技术方案予以实现：

本发明提供的粉末态锆基钝化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在可溶性钙盐溶液或/和可溶性镁盐溶液中加入膨润土搅拌后得到固体的钙或/和镁预处理过的膨润土；

(2)将步骤(1)中得到的钙或/和镁预处理过的膨润土、可溶性锆盐和水混合搅拌后，pH值调节至8～11，继续搅拌反应，固液分离得到固体材料即为粉末态锆基钝化剂。

本发明提供的粉末态锆基钝化剂的制备原理是首先通过阳离子交换法将钙离子或镁离子负载到膨润土的内表面和外表面上，然后再通过沉淀法(通过调节pH值，使可溶性锆盐生成水合氧化锆)将水合氧化锆负载到钙或/和镁预处理过的膨润土表面上，最终制备得到一种新的锆基钝化剂；这样经过预处理再负载锆后得到的改性膨润土(即本发明提供的锆基钝化剂)，与先前文献所报道的锆基钝化剂(即直接将锆负载到膨润土表面上)相比，不仅吸附去除水中磷酸盐的能力更强，而且其在水中的下沉速度得到极大地提升，可以减轻实际应用时所造成的悬浮物污染，更加的绿色环保，应用前景更好；本发明提供的锆基钝化剂吸附水中磷酸盐的原理是：首先溶液中共存的Na⁺、K⁺和NH₄⁺等阳离子与锆基钝化剂中Ca²⁺或/和Mg²⁺进行交换，进而使得锆基钝化剂中Ca²⁺或/和Mg²⁺释放出来进入溶液中，其次溶液中磷酸盐与Ca²⁺或/和Mg²⁺等形成新的磷酸盐物质，即CaHPO₄⁰或/和MgHPO₄⁰，而新形成的磷酸盐物种更容易被锆基钝化剂中水合氧化锆所吸附，另外锆基钝化剂表面上的Mg-OH基团也会吸附水中的磷酸盐。

其中，步骤(1)中所述可溶性钙盐溶液或/和可溶性镁盐溶液中钙离子和镁离子的总浓度为0.5～2.0mol/L；所述可溶性钙盐溶液或/和可溶性镁盐溶液的体积与膨润土的质量之比为1～10mL：1g。

其中，步骤(1)中所述搅拌时间为超过5分钟。

其中，步骤(2)中所述钙或镁预处理膨润土与所述可溶性锆盐的质量比为1～10：1，所述可溶性锆盐的质量与水的体积之比为1g：10～500mL。

其中，步骤(2)中所述继续搅拌反应时间为不少于1小时。

上述任何一种制备方法制备的粉末态锆基钝化剂。