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摘 要

土壤是不可再生的资源，特别容易受到长期环境污染。一些新型的稳定化材料，如生物炭、硫酸亚铁、双层金属氢氧化物（LDHs）、磷灰石、粘土矿物在土壤的稳定化修复中极有前景。许多研究领域都关注LDH，因为它们对限制土壤和沉积物中金属污染物的迁移具有一定作用。双层金属氢氧化物（LDHs）俗称水滑石，是水滑石和类水滑石化合物的统称。LDH除去重金属阳离子的原理主要包括：金属氢氧化物沉淀到LDHs的表面上、通过与LDHs表面羟基的结合而吸附、同构取代、在层间与功能配体螯合（添加EDTA、DTPA等螯合剂）。本文采用合成类水滑石作为原位固化和稳定化剂，探究合成类水滑石对重金属离子的固化和稳定化的效果，并分析其作用机理。

关键词：水滑石 土壤重金属固化 双层金属氢氧化物 吸附重金属离子

ABSTRACT

Soil is a non-renewable resource and is particularly vulnerable to long-term environmental pollution. Some new stabilizing materials, such as biochar, ferrous sulfate, double-layer metal hydroxides (LDHs), apatite, and clay minerals are very promising in the stabilization and repair of soil. Many research fields focus on LDH because they have a role in limiting the migration of metal contaminants in soil and sediment.Double-layer metal hydroxides (LDHs) are commonly known as hydrotalcites, and are a collective term for hydrotalcite and hydrotalcite-like compounds. The principle of LDH removal of heavy metal cations mainly includes: precipitation of metal hydroxides on the surface of LDHs, adsorption by binding to hydroxyl groups on the surface of LDHs, isotactic substitution, chelation of functional ligands between layers (addition of EDTA, DTPA and other mixture). This article uses synthetic hydrotalcite-like as an in-situ curing and stabilizing agent to explore the effect of synthetic hydrotalcite-like on curing and stabilizing heavy metal ions, and analyze its mechanism of action.

KEYWORDS: Hydrotalcite;soil heavy metal solidification;Layered double hydroxides;adsorption of heavy metal ions

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 污染土壤的处理方法 2

1.2.1 生物修复方法 2

1.2.2 物理修复方法 2

1.2.3 化学修复方法 3

1.3 层状双金属氢氧化物（LDH） 3

1.3.1介绍 3

1.3.2 LDHs的组成和结构 3

1.3.3 LDHs的合成 4

1.3.4 LDHs的性质 4

1.4 影响LDHs吸附的因素 7

1.4.1 pH值 7

1.4.2 温度 7

1.4.3 离子强度 8

1.4.4 LDHs的剂量 8

1.5 固化/稳定化技术（S/S） 8

1.5.1 介绍 8

1.5.2 土壤重金属固化/稳定化的作用机理 9

1.6 影响土壤重金属固化/稳定化（S/S）的因素 10

1.6.1 土壤因素 10

1.6.2 固化剂的种类和用量 10

1.6.3 重金属固化剂应用方法和田间因素 10

1.7 本课题的思路 10

1.7.1 实验思路 10

第二章 原材料与方法 12

2.1 合成类水滑石材料的制备 12

2.1.1 实验原料 12

2.1.2 实验步骤 12

2.1.3 实验流程图 13

2.1.4 实验仪器与设备 14

2.2 LDHs吸附模拟废水中的重金属离子 14

2.2.1 配制重金属溶液 14

2.2.2 测试吸附效果 15

2.3 LDHs吸附模拟重金属污染的土壤 15

2.3.1 实验方案 15

第三章 结果与讨论 17

3.1 实验预测结果与分析 17

3.1.1 合成水滑石的实验预测 17

3.1.2 LDHs吸附重金属离子的预测 18

3.2 讨论 19

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

重金属污染土壤是全球性问题，有关人体健康和安全食品生产。除了由于罕见的地质成因外，重金属污染物通过人类活动也会无意引入土壤中，例如采矿、冶炼、战争和军事训练、电子工业、化石燃料消耗、废物处置、农药的使用和灌溉。常见的化石燃料煤包含多种重金属，包括汞、铅、镉，Cr，Cu，Co，Zn和Ni的浓度范围为0.1至18 mg*kg^-1；这些重金属以蒸气的形式，从烟道排放到环境中。工业用矿渣的土壤处理不当，建筑垃圾通常也会引起重金属污染。磷的土地应用（P）肥料，铜基农药，生物固体以及动物粪便，用污水和处理不当的工业废料进行农作物灌溉是重金属进入土壤的主要途径^[1]。仅在中国，就有100百万公顷是重金属污染区。污染土壤中的重金属会破坏土壤的生态系统，通过食物链进入人体，危害人类健康^[2]。

在全球范围内，有超过2000万公顷的土地被重金属（砷、镉、铬、汞、铅、钴、铜、镍、锌和硒）污染，目前的土壤浓度高于地理基线或法规水平。原地和异地已开发出原位修复技术来纠正重金属污染的地点，包括封盖，封装，垃圾填埋，土壤冲洗，土壤洗涤，电动提取，稳定化，固结功能化，玻璃化，植物修复和生物修复。这些补救技术采用遏制，提取/去除和固定机制，以通过以下方式减少污染影响：物理，化学，生物，电气和热修复过程 ^[3]。这些技术展示了特定的优点，缺点和适用性。一般而言，就地土壤修复比外地土壤修复更具成本效益。原位处理和污染物去除/提取比固定和封闭更有利。在可用的土壤修复技术中，电动提取，化学稳定化和植物修复处于开发阶段，而其他的则已在完整的田间规模上进行了实践。综合评估表明，化学稳定化是一种临时的土壤修复技术，植物修复需要提高效率，表面覆盖和填埋适用于小型，严重污染的场所，而固化和玻璃化是最后的补救措施^[4]。

根据中国国土资源部和环境保护部的联合报告，约4百万公顷耕地（占中国耕地的2.9％）受到了污染物的中度或重度污染（国家土壤污染调查公报）。据报道，中国有超过 2000万英亩的耕地（占可耕地总面积的25％）受到Pb，Cd，Cr，Sn和Zn等重金属（金属）的污染 ^[5]。

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