基于钼尾砂的硅质钝化剂研发及其在酸性土壤中的应用

摘要

随着社会的不断发展，环境问题也日益严重。重金属污染的治理是我国目前土壤污染中主要的任务之一。镉是重金属污染中的其中一项主要污染物。重金属土壤修复技术有很多，其中稳定化技术是我国目前农田污染修复的主要修复技术，具有修复速率快、效率高、并且可以实现“边生产边修复”的模式等优势。硅质钝化剂是土壤稳定化技术中常用的一项钝化剂，具有稳定性好、环境兼容性好、资源丰富、成本较低等优点。通过改性手段，使矿物具有特殊的表面性质，及内部结构，在环境治理方面已经有了很多的应用。本研究基于钼尾砂改性研制一种新型的硅质钝化材料，用来固定土壤重金属镉，对于农田重金属钝化和尾矿的资源化利用具有重要的意义。本研究的主要结果如下：
　　（1）通过田间试验对某市售硅质土壤调理剂在钝化土壤中镉的效果进行验证研究，发现该土壤调理剂可以提高土壤 pH值，降低土壤中有效态镉的含量，但是结果基本上没有达到显著水平，并没有达到理想的钝化效果。
　　（2）本论文利用该土壤调理剂的原材料—钼尾砂，通过一系列的改性手段研制新型的钝化剂。本论文采用了球磨、酸改、盐改、碱改14种手段对钼尾砂进行改性，通过在100mg·L-1的Cd离子浓度下的去除率来筛选合适的改良方法。试验结果表明，通过参考人工沸石的合成方法合成出的Na型钝化剂和K型钝化剂对溶液中的Cd分别有99.76%和98.64%的去除率，远远高于同等条件下钼尾砂的去除率。
　　（3）利用热力学实验和动力学实验对Na型钝化剂和K型钝化剂吸附镉的机理进行了初步的探索。结果显示，两种钝化剂符合La ngmuir等温吸附方程和准二级动力学方程，揭示了其吸附镉是一种主要以化学吸附为主、静电吸附为辅的单分子层吸附的吸附过程。对重金属Cd的吸附量分别为158.73 mg·g-1和84.75 mg·g-1。
　　（4）利用X射线衍射分析（XRD）、比表面积分析(BET)、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)了解了研发的Na型钝化剂和K型钝化剂的物理结构及表面特性。结果表示 Na型钝化剂具有典型的晶状结构，结构属于八面沸石类，具有良好的介孔结构，利于材料对镉的吸附；K型钝化剂的颗粒粒度超小，结构为无定型态。EDS能谱分析结果显示，吸附实验过后再两种钝化剂表面有明显的镉元素峰，扫描电镜观察到Na型钝化剂在表面形成了镉的聚合物，而K型钝化剂的表面形貌没有明显变化。
　　（5）通过土壤培养实验验证了两种钝化剂在5%的添加量下对3种不同类型的镉超标农田土壤中的应用，结果显示这两种钝化剂均能显著钝化土壤有效态重金属94%以上，但在该添加量下，土壤出现轻微的板结现象；不同添加量处理下（0%、0.5%、1%、1.5%、2%）的钝化效果结果表明，随着添加量的增加，对土壤 Cd的钝化率逐渐增加，在超过1%以后，钝化率的增加趋于平缓，且在2%的添加量下，Na型钝化剂和K型钝化剂对土壤中有效态Cd的钝化率分别为96.20%和83.53%，说明本研究中研制的钝化剂的最佳施用量在1%。

目录

声明

1 前言

1. 1 研究背景

1. 2 土壤重金属污染修复技术研究进展

1. 3 尾矿作为钝化剂的可行性

1. 4材料的改良思路

1. 5研究目的与意义

1. 6 技术路线图

2. 1土壤调理剂钝化效果田间验证

2. 2钼尾矿改性方法筛选

2. 3钝化剂的吸附-解吸及表征

2. 4钝化剂土壤培养实验

2. 5数据处理

3. 1土壤调理剂钝化效果田间验证

3. 2钼尾砂的改良方法的筛选及其吸附-解吸规律

3. 3土壤钝化剂的表征实验

3. 4土壤钝化剂的重金属土壤钝化效果

4 讨论与结论

4. 1 讨论

4. 2 结论

4. 3展望

致谢

参考文献