CN103788960A

CN103788960A - 一种修复土壤重金属的功能性肥料及修复剂

Info

Publication number: CN103788960A
Application number: CN201410078419.9A
Authority: CN
Inventors: 吴正岩; 张静; 蔡冬清; 张欣; 吴丽芳; 贺璐璐
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN103788960B

Abstract

本发明公开了一种修复土壤重金属的功能性肥料及修复剂，将改性凹凸棒土、壳聚糖、生物碳、硫代硫酸钠四种材料进行复合，一方面利用凹凸棒土和生物碳的吸附性能以及壳聚糖的螯合作用将土壤中重金属离子进行固定，阻止其通过淋溶和径流迁移；一方面利用硫代硫酸钠将高价重金属离子（如六价铬离子）还原成低价态（如三价铬离子），从而降低其毒性和溶解性。

Description

一种修复土壤重金属的功能性肥料及修复剂

技术领域

本发明涉及一种修复土壤重金属的功能性肥料及修复剂，属于农业肥料的技术领域。

背景技术

随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过灌溉、干湿沉降等多种途径进入土壤，造成土壤中重金属富集。土壤重金属污染不但影响农产品产量与品质，而且涉及大气和水环境质量，并可通过食物链危害动物和人类的生命和健康。目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu约340万吨，Pb约500万吨，Mn约1500万吨，Ni约100万吨。据我国农业部调查，在约140万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%。而据国家环保总局牵头调查显示，珠三角、长三角、环渤海这些经济先发展起来的地区，都面临着严重的土壤污染问题。其中，珠三角40%农田金属污染超标，致使粮食减产，经济损失不断增大。同时，土壤重金属污染可被植物富集并通过食物链进入人体，严重危害人类健康。在这种情势下，土壤重金属污染越来越受到人们的关注,已成为全球面临的重要环境问题,土壤重金属污染问题已成为环境和土壤学工作者研究热点。土壤重金属修复与治理是农业发展不容忽视的问题，对于促进农业可持续发展，保障粮食安全具有重要作用。

当前土壤重金属修复方法主要分为物理法（翻地、换土、电磁富集、淋洗等）、生物法（植物富集固定（CN201110160731.9）、微生物富集和降低毒性）和化学法（改良剂还原、吸附）。这些方法虽然都在一定程度上对重金属污染土壤具有修复作用，但是都存在自己的缺陷。物理法耗费大量人力和财力，生物法周期长且机理不清楚。其中化学法由于见效快，可操作性强，因此逐渐受到人们关注。目前化学法主要有纳米铁粉还原（CN201010230014.4）和螯合（CN201010229992.7）等，主要针对土壤重金属淋洗液的处理，成本较高且易造成二次污染。因此，迫切需要发展一种低成本、高效、简便、环境友好的新型化学修复方法。

本发明提供一种新型土壤重金属修复肥料及修复剂，该修复剂可直接使用也可以肥料为载体，具有成本低、操作简便、环境友好等优点。该方法既可以有效将土壤中重金属离子如六价铬等高价重金属离子还原成低价态离子，从而降低其毒性；又可以将重金属离子吸附固定控制其迁移，因此应用前景广阔。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种修复土壤重金属的功能性肥料及修复剂，将改性凹凸棒土、壳聚糖、生物碳、硫代硫酸钠四种材料进行复合，一方面利用凹凸棒土和生物碳的吸附性能以及壳聚糖的螯合作用将土壤中重金属离子进行固定，阻止其通过淋溶和径流迁移；一方面利用硫代硫酸钠将高价重金属离子（如六价铬离子）还原成低价态（如三价铬离子），从而降低其毒性和溶解性。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种土壤重金属修复肥及修复剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量计，将7-11份的凹凸棒土（胶体级）与1-3份壳聚糖混合均匀，并加水配置成浓度为50～100g/L的悬浊液，在30～50℃下，搅拌20～40分钟，然后利用高能电子束（5-10MeV,10-50kGy）辐照10-20分钟，以使壳聚糖接枝在凹凸棒土棒晶表面生成凹凸棒土-壳聚糖复合物，然后30-60摄氏度干燥并粉碎成200-400目；

（2）按重量计，将1-3份（1）中得到的物质，2-5份生物碳（稻壳灰，200-400目，含碳量40-65%，200-400目）以及2-4份硫代硫酸钠（200-400目）均匀混合，即得到土壤重金属修复剂；

（3）按重量计，将（2）中得到的修复剂按照5-20%比例添加到有机肥或尿素或复混肥中，造粒即得到重金属修复有机肥、重金属修复尿素和重金属修复复混肥。

（4）将（2）中得到的修复剂按照每亩10-20kg用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可；或将（3）中制得的修复肥按照每亩40-60kg的用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。

经过辐照过的凹凸棒土-壳聚糖复合物不仅能提高凹凸棒土分散性，形成多孔结构，而且使壳聚糖接枝在凹凸棒土棒晶表面生成微纳网络结构的凹凸棒土-壳聚糖复合物。

本发明的有益效果：

（1）本发明中修复肥料与普通化肥相比（50kg/亩），可降低土壤高价重金属离子含量10%以上；可将重金属离子尽可能保持在污染区域内，降低其迁移率20%以上；减少作物对重金属富集10%以上；提高土壤阳离子交换容量5%以上；减少养分流失15%以上；使作物增产10%以上，具有显著的降低重金属毒性，控制重金属迁移，以及保水、保肥、松土等多种功效。

（2）本发明中重金属修复剂与现有的重金属修复剂（纳米铁粉(CN201010230014.4),EDTA(CN201010229992.7)）相比,具有成本低、环境友好、高效等优点。

附图说明

图1为电子束辐照剂量与凹凸棒土微观结构的关系示意图；（a-e：0,10,20,30,40kGy；A：微观结构；B：孔径分布；C：比表面积）

图2为凹凸棒土与凹凸棒土-壳聚糖复合物的对比图。（a：凹凸棒土；b：凹凸棒土-壳聚糖复合物）

具体实施方式

下面根据实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

（1）按重量计，将7份的凹凸棒土（胶体级）与1份壳聚糖混合均匀，并加水配置成浓度为50g/L的悬浊液，在30℃下，搅拌20分钟，然后利用高能电子束（5MeV,10kGy）辐照10分钟，以使壳聚糖接枝在凹凸棒土棒晶表面生成凹凸棒土-壳聚糖复合物，然后30摄氏度干燥并粉碎成200目；

（2）按重量计，将1份（1）中得到的物质，2份生物碳（稻壳灰，200目，含碳量40%，200目）以及2份硫代硫酸钠（200目）均匀混合，即得到土壤重金属修复剂；

（3）将（2）中得到的修复剂按照每亩20kg用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。

实施例2

（1）按重量计，将11份的凹凸棒土（胶体级）与3份壳聚糖混合均匀，并加水配置成浓度为100g/L的悬浊液，在50℃下，搅拌40分钟，然后利用高能电子束（10MeV,50kGy）辐照20分钟，以使壳聚糖接枝在凹凸棒土棒晶表面生成凹凸棒土-壳聚糖复合物，然后60摄氏度干燥并粉碎成400目；

（2）按重量计，将3份（1）中得到的物质，5份生物碳（稻壳灰，400目，含碳量65%，400目）以及4份硫代硫酸钠（400目）均匀混合，即得到土壤重金属修复剂；

（3）将（2）中得到的修复剂按照每亩10kg用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。

实施例3

（3）按重量计，将（2）中得到的修复剂按照5%比例添加到有机肥中，造粒即得到重金属修复有机肥。

（4）将（3）中得到的修复肥按照每亩60kg用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。

实施例4

（1）按重量计，将8份的凹凸棒土（胶体级）与2份壳聚糖混合均匀，并加水配置成浓度为70g/L的悬浊液，在40℃下，搅拌30分钟，然后利用高能电子束（70MeV,30kGy）辐照15分钟，以使壳聚糖接枝在凹凸棒土棒晶表面生成凹凸棒土-壳聚糖复合物，然后40摄氏度干燥并粉碎成300目；

（2）按重量计，将2份（1）中得到的物质，3份生物碳（稻壳灰，300目，含碳量45%，300目）以及3份硫代硫酸钠（300目）均匀混合，即得到土壤重金属修复剂；

（3）按重量计，将（2）中得到的修复剂按照150%比例添加到尿素中，造粒即得到重金属修复尿素。

（4）将（3）中得到的修复肥按照每亩50kg用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。

实施例5

（3）按重量计，将（2）中得到的修复剂按照20%比例添加到复混肥中，造粒即得到重金属修复复混肥。

（4）将（3）中得到的修复肥按照每亩40kg用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。

将凹凸棒土经过不同电子束辐照剂量对其微观结构进行研究，参照图1，可以看出，高能电子束辐照可以使凹凸棒土的分散性显著提高，形成多孔结构，且剂量越大，分散性越高。此外，高能电子束还可以改善凹凸棒土孔径分布，进而增大凹凸棒土比表面积，提高其吸附性能。

参照图2，从图可以看出，在电子束辐照引发接枝壳聚糖以后，凹凸棒土的结构由原来的团聚体变成网络结构，从而具备对重金属的高吸附和螯合能力。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种土壤重金属修复肥及修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按重量计，将7-11份胶体级的凹凸棒土与1-3份壳聚糖混合均匀，并加水配置成浓度为50～100g/L的悬浊液并加温搅拌，再进行辐照所述混合物以使壳聚糖接枝在凹凸棒土棒晶表面生成凹凸棒土-壳聚糖复合物，然后干燥并粉碎成粉体；

（2）按重量计，将1-3份步骤（1）中得到的物质，2-5份生物碳以及2-4份硫代硫酸钠均匀混合，即得到土壤重金属修复剂；

（3）按重量计，将步骤（2）中得到的土壤重金属修复剂按照5-20%比例添加到有机肥或尿素或复混肥中，造粒即得到重金属修复有机肥、重金属修复尿素和重金属修复复混肥。

2.根据权利要求1所述的土壤重金属修复肥及修复剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述辐射为利用高能电子束在5-10MeV,10-50kGy下进行的。

3.根据权利要求1所述的土壤重金属修复肥及修复剂的制备方法，其特征在于，所述凹凸棒土-壳聚糖复合物的空间结构为，多孔并且壳聚糖接枝在凹凸棒土棒晶表面生成微纳网络的空间结构。

4.根据权利要求1所述的土壤重金属修复肥及修复剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中生物碳为200-400目的稻壳灰，其含碳量40-65%。

5.根据权利要求1所述的土壤重金属修复肥及修复剂的制备方法，其特征在于，将步骤（2）中得到的修复剂按照每亩10-20kg用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。

6.根据权利要求1所述的土壤重金属修复肥及修复剂的制备方法，其特征在于，将步骤（3）中制得的修复肥按照每亩40-60kg的用量均匀撒施在土壤表面，然后耕地即可。