一、本發(fā)明屬于土壤修復(fù)功能材料，具體涉及一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

0、二、背景技術(shù)

1、隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化步伐的加快，越來越多的城鎮(zhèn)污水處理廠建成投入使用，城鎮(zhèn)水環(huán)境治理得到顯著改善。與此同時(shí)，城鎮(zhèn)污水處理廠在運(yùn)行過程中不可避免地產(chǎn)生了大量的污水污泥，截至目前，我國每年污水污泥產(chǎn)量高達(dá)5500萬噸，如何妥善處置污水污泥已經(jīng)成為當(dāng)前污水處理廠所面臨的主要問題之一。目前污水污泥的主要處理方式為填埋、焚燒、堆肥、厭氧消化等，普遍存在著占地面積大、處理成本高、資源化利用率低、會(huì)造成二次污染等問題。因此，如何將其資源化、無害化高效回收利用，從而達(dá)到節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的一直是研究熱點(diǎn)，而利用污水污泥制備土壤修復(fù)功能材料是一個(gè)很好的資源化利用途徑。

2、污水污泥的成分較為復(fù)雜，相比于傳統(tǒng)的土壤修復(fù)劑原材料(比如農(nóng)作物、餐廚垃圾、藻類物質(zhì)等)含碳量相對(duì)較低，此外還含有一些礦物質(zhì)雜質(zhì)，若采用傳統(tǒng)的“一鍋法”將其制成土壤修復(fù)材料，其品質(zhì)和性能較市面上的土壤修復(fù)劑還有一定的差距。因此有必要采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)污水污泥進(jìn)行一系列改性處理，使其對(duì)受污染土壤擁有更好的修復(fù)效果。在制備的過程中摻雜轉(zhuǎn)爐鋼渣和鐵鹽不僅能夠使該土壤修復(fù)功能材料富含鐵元素，從而提供更多的活性點(diǎn)位，提升對(duì)重金屬和有機(jī)污染物的吸附與降解能力，而且還能為受污染土壤帶來大量養(yǎng)分，改善土壤生境，為后續(xù)重建生態(tài)提供適宜條件；在高溫?zé)峤馇跋冗M(jìn)行水熱活化，能夠減少活化劑與活化時(shí)間，有效減少材料表面的礦物成分，顯著提高炭含量；用碳酸氫氨浸漬后再高溫?zé)峤馐共牧系谋缺砻娣e和孔隙率大幅度提升，進(jìn)一步加強(qiáng)其對(duì)目標(biāo)污染物的吸附性能。

3、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化步伐的加快也帶來了另一個(gè)環(huán)境問題，那就是大量原本位于城市內(nèi)部的傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)為了適應(yīng)當(dāng)下城市發(fā)展的區(qū)域需求開始搬遷或改制，而這些傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)遺留下來的土地不可避免的受到了一定程度的污染，我們把這類土地稱之為城市棕地。在對(duì)城市棕地進(jìn)行安全、合理的開發(fā)利用之前，有必要對(duì)那些受重金屬或有機(jī)物污染的城市棕地進(jìn)行系統(tǒng)的土壤修復(fù)與生態(tài)重建。目前對(duì)此類污染地塊較為傳統(tǒng)的修復(fù)方法主要有淋濾法、生物還原法、蒸汽浸提、光催化降解等，這些方法都普遍存在著處理成本高、效益低、可能帶來二次污染等缺陷。因此急需開發(fā)出一種綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效和不產(chǎn)生二次污染的城市棕地土壤修復(fù)功能材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法。該技術(shù)能夠在實(shí)現(xiàn)污水污泥和鋼渣資源無害化處置的同時(shí)高效修復(fù)城市棕地受污染地塊，達(dá)到廢物利用、以廢治廢的效果。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將污泥干燥并研磨至粒狀，與同樣研磨后的鋼渣混合均勻，然后置于水熱合成釜中，注入硫酸亞鐵溶液后將水熱合成釜放置到烘箱中進(jìn)行水熱活化反應(yīng)。

5、(2)將步驟(1)制得的濕熱解產(chǎn)物首先經(jīng)堿洗，再用水沖洗至中性后置于碳酸氫氨溶液中浸漬處理，烘干后在惰性氣氛下經(jīng)高溫?zé)峤獾玫匠鞘凶氐赝寥佬迯?fù)富鐵功能材料。

6、作為改進(jìn)，所述步驟(1)中的污泥為城鎮(zhèn)污水廠污泥脫水間初步脫水后的剩余污泥，常溫下風(fēng)干72h，研磨至粒徑為200－400μm；所述鋼渣來自鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐鋼渣，其成分主要由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鐵、氧化鎂、五氧化二磷、二氧化鈦構(gòu)成，破碎研磨至粒徑為200－400μm。

7、作為改進(jìn)，所述步驟(1)中污泥和鋼渣的質(zhì)量比為4：1；所述水熱反應(yīng)釜中6.25g生物質(zhì)對(duì)應(yīng)添加50ml溶液(生物質(zhì)：溶液＝1：8，g/ml)；所述硫酸亞鐵溶液的濃度為0.1－0.4mol/l。

8、作為改進(jìn)，所述步驟(1)中水熱活化的溫度為220℃，達(dá)到指定溫度后反應(yīng)時(shí)間為6h。

9、作為改進(jìn)，所述步驟(2)中的堿洗液為0.1m氫氧化鉀125ml(生物質(zhì)：堿洗液＝1：20，g/ml)；所述濕熱解產(chǎn)物與碳酸氫氨的質(zhì)量體積比為1g：10－30ml，碳酸氫氨溶液濃度為0.4－0.6mol/l，常溫下攪拌浸漬1－2h。

10、作為改進(jìn)，所述步驟(2)中浸漬完成的濕熱解產(chǎn)物在烘箱中的烘干溫度為90℃，時(shí)間為12h；所述高溫?zé)峤膺^程在惰性氣氛中進(jìn)行，升溫速率為30℃/min，預(yù)定溫度為600℃，達(dá)到預(yù)定溫度后的停留時(shí)間為2h。

11、另外，本發(fā)明還提供了富鐵功能材料的應(yīng)用，將所述制備方法制得的富鐵功能材料用于城市棕地受污染地塊的生態(tài)修復(fù)。

12、本發(fā)明制備城市棕地土壤修復(fù)富鐵功能材料的機(jī)理：

13、1)該功能材料在制備過程中摻雜轉(zhuǎn)爐鋼渣和鐵鹽不僅可以增加材料的比表面積，還能夠使其表面生成納米級(jí)γ-fe2o3和fe3o4，從而提供更多的活性點(diǎn)位，提升對(duì)重金屬和有機(jī)污染物的吸附與降解能力，而且還能為受污染土壤帶來大量有機(jī)及礦物養(yǎng)分，改善土壤生境，為后續(xù)重建生態(tài)提供適宜條件；另外，適量鐵離子的加入能夠促進(jìn)材料表面持久性自由基的產(chǎn)生，加強(qiáng)對(duì)多目標(biāo)污染物的吸附性能。

14、2)高溫?zé)峤馇跋冗M(jìn)行水熱活化，能夠使生物質(zhì)在高溫?zé)峤庵氨┞冻龈嗟谋砻娼Y(jié)構(gòu)，減少活化劑用量與活化時(shí)間，更有利于后續(xù)改性劑與生物質(zhì)之間的熱化學(xué)反應(yīng)。

15、3)在水熱活化后進(jìn)行堿洗和水洗，能夠增加材料的比表面積和表面官能團(tuán)的豐度。其中堿洗可以去除材料表面及孔隙內(nèi)部的礦物雜質(zhì)，顯著提高炭含量，并在材料表面引入堿性官能團(tuán)，起到緩釋酸化土壤，提高對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)能力。

16、4)碳酸氫氨在高溫條件下會(huì)生成大量氣體產(chǎn)物，在高溫?zé)峤庵皩⒉牧现糜谔妓釟浒比芤褐薪n處理，能促使材料在高溫?zé)峤膺^程中產(chǎn)生更大的比表面積和更豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化對(duì)土壤有機(jī)污染物的吸附能力。

技術(shù)特征：

1.一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，其特征在于，該功能材料是基于剩余污泥和鋼渣混合體系制成的，并采用一系列定向改性和活化手段使之適用于城市棕地污染地塊的土壤修復(fù)。其制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的污泥為城鎮(zhèn)污水廠污泥脫水間初步脫水后的剩余污泥，常溫下風(fēng)干72h，研磨至粒徑為200－400；所述鋼渣來自鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐鋼渣，其成分主要由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鐵、氧化鎂、五氧化二磷、二氧化鈦構(gòu)成，破碎研磨至粒徑為200－400。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中污泥和鋼渣的質(zhì)量比為4：1；所述水熱反應(yīng)釜中6.25g生物質(zhì)對(duì)應(yīng)添加50ml溶液(生物質(zhì)：溶液＝1：8，g/ml)；所述硫酸亞鐵溶液的濃度為0.1－0.4mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中水熱活化的溫度為220℃，達(dá)到指定溫度后反應(yīng)時(shí)間為6h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的堿洗液為0.1m氫氧化鉀125ml(生物質(zhì)：堿洗液＝1：20，g/ml)；所述濕熱解產(chǎn)物與碳酸氫銨的質(zhì)量體積比為1g：10－30ml，碳酸氫氨溶液濃度為0.4－0.6mol/l，常溫下攪拌浸漬1－2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中浸漬完成的濕熱解產(chǎn)物在烘箱中的烘干溫度為90℃，時(shí)間為12h；所述高溫?zé)峤膺^程在惰性氣體中進(jìn)行，升溫速率為30℃/min，預(yù)定溫度為600℃，達(dá)到預(yù)定溫度后的停留時(shí)間為2h。

7.一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，其特征在于，將權(quán)利要求1－6所述制備方法制得的富鐵功能材料用于城市棕地受污染地塊的生態(tài)修復(fù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于城市棕地土壤修復(fù)的富鐵功能材料及其制備方法，該功能材料由污水廠剩余污泥和鋼鐵廠鋼渣研磨過篩后按一定比例混合，添加金屬鹽活化劑進(jìn)行水熱活化，再將制得的濕熱解產(chǎn)物經(jīng)堿洗、水洗至中性后與碳酸氫氨溶液混合浸漬，烘干后在惰性氣氛下進(jìn)行高溫?zé)峤庵频?。本發(fā)明的城市棕地土壤修復(fù)富鐵功能材料具有比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、表面官能團(tuán)豐富、鐵含量高、富有磁性等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所得的城市棕地土壤修復(fù)富鐵功能材料在土壤修復(fù)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，特別在城市棕地土壤修復(fù)中可作為高效吸附凈化功能材料，對(duì)受有機(jī)和重金屬污染的城市棕地有著很好的修復(fù)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：汪世旭,詹波立,申書威,劉曉松,張強(qiáng),程國慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國十七冶集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30