[发明专利]一种生物型重金属污染土壤修复剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种生物型重金属污染土壤修复剂及其制备方法和应用，属于重金属污染土壤修复技术领域。本发明将稳定性和分散性良好的模板材料与铁细菌接种至9K培养基中，模板材料表面和孔隙中负载铁细菌，使材料增加多种活性基团，增强模板材料对金属离子的吸附效果，同时在铁细菌作用下将亚铁离子氧化形成三价铁离子，与氨水发生反应后，经高温煅烧形成生物型重金属污染土壤修复剂。该修复剂同时具备铁细菌和铁氧化物的吸附性能且具有良好的分散性能。本发明采用的原材料均属环境友好型，修复剂制备过程简单，吸附效率高，且能达到持久修复重金属砷、锑污染土壤或水体的效果。

技术领域

本发明属于重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种生物型重金属污染土壤修复剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着采矿、冶炼、化工、电镀、鞣制等行业的快速发展，重金属污染越来越严重。砷(As)和锑(Sb)是两种典型的重金属，通常共存于土壤和水体中。农业土壤中过量的As和Sb会对土壤质量和农作物生长产生不利影响，由于其具有毒性、不可生物降解性和生物蓄积性，最终对人类健康和生态安全构成了严重的威胁。目前，重金属As、Sb污染土壤治理方法主要包括：隔离法，即采用水泥固化、隔离墙(生石灰、膨润土或者选择性渗透膜等材料)等阻隔技术将重金属污染土壤与周边环境隔离，从而减轻对环境的危害；物理法，即采用翻土、客土、电动修复等方法来降低或去除土壤中As和Sb的浓度，增加土壤透气性和土壤活性，从而增强土壤自净能力；淋洗法，即采用淋洗剂如无机淋洗剂(如磷酸盐类、柠檬酸类等)、螯合剂(如草酸、EDTA等)、生物表面活性剂和复合淋洗剂等去除土壤中的重金属；微生物修复，即通过生物吸附和生物氧化还原将重金属离子富集在细胞表面或内部或利用微生物改变土壤重金属的离子价态及活性。植物富集(蜈蚣草、苎麻、小蓬草、艾草、芒、商陆、狗尾草等)等技术将As和Sb从污染土壤中提取出来，从根本上降低土壤重金属含量。其中，固化/稳定化技术被认为是一种非常有前途的绿色土壤修复方法。与其他修复技术相比，其具有处理时间短、成本低、操作简单、适用范围较广等优势。水泥固化/稳定化处理是提高土壤强度、稳定污染土壤中重金属的常用有效方法，但其存在化石能源消耗高、碳排放量大、化学相容性差、长期稳定性不明确等缺陷。此外，矿渣、偏高岭土、赤泥、生物炭等通常被用来部分替代水泥以降低碳排放、增强As和Sb固化/稳定化效应、提高水泥与土壤相容性等方面的性能，但仍未从根本上解决上述问题。

矿物表面的吸附和解吸是控制土壤中重金属元素的迁移和生物利用度的主要过程。金属氧化物在水生系统、土壤和沉积物中普遍存在，其对As和Sb等重金属污染物具有较高的反应活性。常用于修复土壤As和Sb污染的金属氧化物有：铁氧化物(针铁矿、水铁矿、纤铁矿、赤铁矿)；铝氧化物(勃姆石、三水铝矿、水铝石)和锰氧化物(水锰矿、水钠锰矿和软锰矿)。金属氧化物(尤其是铁氧化物)作为固化稳定剂修复土壤As和Sb污染不仅效果显著且廉价易得。研究表明，Sb和As都能被吸附在金属氧化物上，这主要是由于吸附体内部可以形成复合物，如水合氧化铁对Sb的吸附主要以单齿单核络合与双齿双核络合两种构型存在。这些吸附复合体在环境中非常稳定，很难解吸。铁氧化物作为最具代表性的天然吸附剂，依靠含氧基团吸附。然而，天然铁氧化物提供的含氧官能团数量有限，吸附能力较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物型重金属污染土壤修复剂及其制备方法和应用，所述生物型修复剂对土壤重金属砷与锑污染的具有针对性且兼具广谱性的特点。

本发明提供了一种生物型重金属污染土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将模板材料与铁细菌投加到pH值为1.8～2.0的9K培养基中培养，得到培养液；

2)向所述培养液中滴加氨水连续搅拌，待反应完全后过滤，洗涤过滤物；

3)将洗涤后的过滤物经400～600℃煅烧60～90min，自然冷却后得到生物型修复剂。

优选的，步骤1)中所述模板材料包括白炭黑、滑石粉和高岭土中的一种或几种。