【行业观察】土壤修复,有望成为非金属矿物功能材料发展新方向!

时间:2019/1/21 11:10:42 来源:粉体技术网

土壤修复,有望成为非金属矿物功能材料发展新方向!

近年来,国内发生了数起重金属污染相关的事件,包括镉大米、镉小麦、血铅超标等,土壤重金属污染已成为影响社会稳定的重要因素。

农田重金属污染修复,从技术途径上,一是去除总量,二是降低活性,三是减少食物链风险。目前我国重金属污染农田土壤修复所采用的技术主要有:工程修复、物化稳定-低吸收作物联合阻控、农艺(水分等)调控、植物吸取修复、化学淋洗修复、替代种植与安全利用等技术。

物化稳定(钝化)是现阶段应用最多的修复方法之一,该方法向污染土壤添加一种或多种钝化材料,通过调节土壤理化性质以及沉淀、吸附、络合、氧化-还原等一系列反应,改变土壤中重金属形态和降低生物有效性,从而减少农作物对重金属的吸收。常见的钝化剂包括无机钝化剂、有机钝化剂、微生物钝化剂、复合钝化剂等。

无机钝化剂主要包括方解石、石灰、含磷材料(磷矿石、羟基磷灰石和水溶性磷肥等)、黏土矿物类(膨润土、沸石、海泡石、硅藻土、沸石等)、工业副产品类(赤泥、飞灰、磷石膏和白云石残渣等)等,这类钝化剂在重金属污染土壤钝化修复中的研究和应用最为广泛。

石灰在南方酸性土壤重金属修复上应用最为广泛,施加石灰可以快速提高土壤pH,促使Cd、Pb、Cu和Zn等重金属被土壤吸附或形成氢氧化物沉淀,同时石灰具有较高的水溶性,容易渗入土壤空隙,具有较好的修复效果。

黏土矿物材料在表面活性、吸附性、过滤作用、离子交换作用等方面的性能,又辅以改性技术的研究开发,使黏土矿物的用途日益广泛。粘土矿物分散度高,比表面积很大,可达800m2/g,且结构单元层之间空隙较大,层间域具有净负电荷结构性能,易与重金属离子发生交换吸附。由于结构单元外层存在羟基,单元层之间的键力联结较弱,重金属离子可以进入层间与羟基发生配合作用。

所以粘土矿物对重金属的吸附作用主要是以重金属离子与羟基发生配合作用的形式进行的,它对重金属离子的吸附选择性受矿物的层电荷分布、重金属离子的水化热、电价、离子半径和有效离子半径等因素控制。一般重金属离子的电价越高,半径越小,与粘土矿物间的吸附作用越强。

2018年1月,科技部等5部门联合编制了《土壤污染防治先进技术装备目录》,其中就纳入了“基于天然矿物混合材料的重金属污染场地稳定化技术”。

“基于天然矿物混合材料的重金属污染场地稳定化技术”的技术路线是:该混合材料以沸石类天然矿物为主要成分,混合少量钙镁化合物、铁盐、铝盐及粘性土等制备而成。根据重金属污染浓度,经试验确定材料配比和添加量,添加比例一般在1%~10%,将材料与污染土壤充分混匀,保持含水率25%,自然养护7d。对于土壤清挖、运输过程中可能产生的扬尘污染,釆取洒水、覆盖等措施进行控制。

主要指标:混合材料中污染物含量符合国家相关标准要求,粒径<1mm,pH值7.5左右,颗粒含水率3%-5%,比表面积平均30m2/g,阳离子交换量>140cmol/kg,处理后土壤重金属浸出率可降低96%。

适用范围:重金属(铜、铅、镉、锌等)污染场地土壤修复。

另外,《建材工业发展规划(2016-2020)》中明确指出:要重点开发基于非金属矿物用于环保治理等方面的矿物功能材料。发展用于环保的膨润土和高岭土吸附材料、海泡石土壤改良剂、凹凸棒粘土土壤改良修复材料等。

土壤重金属污染的迫切性和重要性,以及国家环保、建材等相关政策的支持,这将是非金属矿功能材料大力发展的契机。采用高岭土、膨润土、海泡石和凹凸棒粘土等非金属矿来对土壤中的重金属进行选择性吸附,在修复土地的同时实现“抑害扬益”,这是非金属矿资源综合利用的又一研究和发展方向。






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