CN107033920A - 一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂及其制备方法和施用方法 - Google Patents

一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂及其制备方法和施用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂及其制备方法和施用方法，包括以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸40～60份、纳米铁粉1～5份、营养剂1～5份、促根剂1～5份、石灰0～10份、磷酸二氢钾0～15份和水30～35份。制备方法包括以下步骤：将褐煤粉碎后，加入质量浓度为20～30％的过氧化氢水溶液，褐煤与过氧化氢水溶液的质量配比为1:1～1.5，搅拌均匀后在温度为32～38℃进行活化反应3～10天，期间保持密封以及搅拌均匀，得到可溶性腐殖酸。然后将原料按照上述组份含量混合均匀后得到所述农田重金属钝化剂。本发明不仅通过络合除去重金属离子，而且还可以增加肥效，提高土壤营养成分。

Description

一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂及其制备方法和 施用方法
技术领域
本发明涉及土壤改良剂技术领域，具体涉及一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂。
背景技术
农田重金属的含量状况由于直接关系到农产品质量安全、人类和动物健康等，因此，其作为耕地质量的一个重要评价指标越来越受到广泛关注。20世纪90年代以来，随着工业化和城市化的快速发展，污染物大量排放和不当处置、部分不合格化学品农药等导致我国农田重金属累积和超标等环境问题日益凸显，已经引起了社会各界的高度关注，有学者估计我国目前有约20％的土壤受重金属污染。
重金属污染物不能被化学或生物降解、易通过食物链途径在植物，动物和人体内积累、毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。因此，农田土壤重金属污染己成为当前日益严重的环境问题，其污染来源和修复技术也一直是国内外研究的热点和难点。因此了解农田重金属污染来源对重金属污染修复有着重要的指导意义。目前，重金属污染土壤的修复技术研究取得了长足发展，主要包括物理、化学、生物、农业生态和联合修复技术。
现有的重金属污染修复技术各有利弊，存在着制备工艺复杂，成本高，对土壤具有破坏性等问题，且改良受各种环境因素的限制。针对现有技术对土壤物理性状和种植模式的影响，有必要提出一种简单有效的农田重金属污染修复技术。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，以解决上述成本高、制备工艺复杂以及受各种环境因素限制等问题。
本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂的制备方法，以解决现有改良剂成本高、制备工艺复杂以及受各种环境因素限制等问题。
本发明所要解决的第三个技术问题是：提供一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂的施用方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，包括以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸40～60份、纳米铁粉1～5份、营养剂1～5份、促根剂1～5份、石灰0～10份、磷酸二氢钾0～15份和水30～35份。
作为一种优选的技术方案，所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于包括以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸40～60份、纳米铁粉1～2份、营养剂1～2份、促根剂1～2份、石灰5～10份、磷酸二氢钾5～15份和水30～35份。
作为一种改进的技术方案，所述可溶性腐植酸是含有羟基和酚羟基的高分子聚合物；所述高分子聚合物中羟基和酚羟基占官能团总量的15～20％。
作为一种改进的技术方案，所述可溶性腐植酸是从褐煤中经过活化后得到的具有长分子链的含有羟基和酚羟基的高分子聚合物。
作为进一步改进的技术方案，所述可溶性腐植酸的活化工艺包括：将褐煤粉碎后，加入质量浓度为20～30％的过氧化氢水溶液，褐煤与过氧化氢水溶液的质量配比为1:1～1.5，搅拌均匀后在温度为32～38℃进行活化反应3～10天，期间保持密封以及搅拌均匀，得到所述可溶性腐植酸。
作为一种优选的技术方案，所述营养剂为氮肥。氮肥作为一种营养剂，可以提供氮源。
作为一种进一步优选的技术方案，所述氮肥为尿素。
作为一种优选的技术方案，所述促根剂为萘乙酸钠、吲哚乙酸中的至少一种。萘乙酸钠和吲哚乙酸，作为促根剂和营养剂，调节土壤营养成分。
作为一种优选的技术方案，所述纳米铁粉的粒径为50～100nm。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将褐煤粉碎后，加入质量浓度为20～30％的过氧化氢水溶液，褐煤与过氧化氢水溶液的质量配比为1:1～1.5，搅拌均匀后在温度为32～38℃进行活化反应3～10天，期间保持密封以及搅拌均匀，得到可溶性腐植酸。
(2)取所述可溶性腐植酸40～60份、纳米铁粉1～5份、营养剂1～5份、促根剂1～5份、石灰0～10份、磷酸二氢钾0～15份和水30～35份，混合均匀后得到所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂。
为解决上述第三个技术问题，本发明的技术方案是：
用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂的施用方法：将所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂稀释10～15倍均匀的喷洒到土壤中去，然后深翻一次土壤使所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂与土壤充分混合；然后3～5天内浇一次水。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，包括以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸40～60份、纳米铁粉1～5份、营养剂1～5份、促根剂1～5份、石灰0～10份、磷酸二氢钾0～15份和水30～35份，其中各组分互相配合，不仅通过络合除去重金属离子，而且还可以增加肥效，提高土壤肥力。其中可溶性腐植酸为含有羟基和酚羟基的含量达到15～20％的高分子聚合物，由于增加了活性官能团数量，更利于活性官能团与重金属离子结合，生成有机-重金属络合物沉淀，将土壤重金属活性高的可交换态转变成活性低的有机物结合态或残渣态，达到降低重金属的生物毒性的目的。并能够创造新鲜的土壤有机质，提高阳离子交换量CEC，降低电导率(EC)，并使土壤有较好的持水能力，土壤孔隙度增加，从而改善土壤结构。
本发明的腐植酸经过过氧化氢活化后，可使得从褐煤中提取的有机高分子聚合物中的羟基和酚羟基官能团显著增加，更利于活性官能团与重金属离子结合，生成有机-重金属络合物沉淀，对于重金属污染的土地具有很好的钝化效果，对重金属镉的钝化效果尤为突出。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，含有以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸40份，纳米铁粉2份，营养剂2份，促根剂1份，水30份，石灰10份，磷酸二氢钾15份。
实施例2
用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，含有以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸50份，纳米铁粉3份，氮肥3份，萘乙酸钠和吲哚乙酸的混合物1份，水30份，石灰5份，磷酸二氢钾10份。
实施例3
用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，含有以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸50份，所述可溶性腐植酸是含有羟基和酚羟基的高分子聚合物；所述高分子聚合物中羟基和酚羟基占官能团总量的18％；纳米铁粉3份，尿素2份，萘乙酸钠2份，水35份，磷酸二氢钾10份。
实施例4
用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，含有以下重量份数的原料组份：可溶性腐植酸60份，所述可溶性腐植酸是含有羟基和酚羟基的高分子聚合物；所述高分子聚合物中羟基和酚羟基占官能团总量的16％；纳米铁粉3份，尿素4份，吲哚乙酸1.5份，水35份。
实施例5
(1)将褐煤粉碎后，加入质量浓度为21.43％的过氧化氢水溶液，褐煤与过氧化氢水溶液的质量配比为1:1，搅拌均匀后在温度为38℃进行活化反应4天，期间保持密封以及搅拌均匀，得到可溶性腐植酸，可溶性腐植酸是含有羟基和酚羟基的高分子聚合物；所述高分子聚合物中羟基和酚羟基占官能团总量的17.5％。
(2)取所述可溶性腐植酸50份、纳米铁粉2.5份、氮肥1.5份、萘乙酸钠和吲哚乙酸的混合物1.5份、石灰2份、磷酸二氢钾5份和水32份，混合均匀后得到所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂。
实施例6
(1)将褐煤粉碎后，加入质量浓度为25％的过氧化氢水溶液，褐煤与过氧化氢水溶液的质量配比为1:1.2，搅拌均匀后在温度为35℃进行活化反应5天，期间保持密封以及搅拌均匀，得到可溶性腐植酸，可溶性腐植酸是含有羟基和酚羟基的高分子聚合物；所述高分子聚合物中羟基和酚羟基占官能团总量的18.5％。
(2)取所述可溶性腐植酸45份、纳米铁粉1份、尿素1份、吲哚乙酸1份、石灰4份、磷酸二氢钾6份和水30份，混合均匀后得到所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂。
试验例1
选取湖南湘江市某化工厂附近的污染地块，试验面积300平米，土壤性状pH值为6.6，土壤中镉浓度1.50mg/kg。将实施例3的重金属钝化剂稀释12倍均匀的喷洒到试验地块中的土壤，然后使用旋耕机深翻一次土壤，使所述重金属钝化剂与土壤充分混合；然后3天内浇一次水，然后种植水稻。
试验例2
选取湖南湘江市某化工厂附近的污染地块，试验面积600平米，土壤性状pH值为6.4，土壤中镉浓度1.50mg/kg。将实施例4的重金属钝化剂稀释11.50倍均匀的喷洒到试验地块中的土壤，然后使用旋耕机深翻一次土壤，使所述重金属钝化剂与土壤充分混合；然后3天内浇一次水，然后种植水稻。
对比试验例1
选取湖南湘江市某化工厂附近的污染地块，试验面积600平米，土壤性状pH值为6.6，土壤中镉浓度1.50mg/kg。不进行修复种植水稻。
对比试验例2
选取湖南湘江市某化工厂附近的污染地块，试验面积300平米，土壤性状pH值为6.6，土壤中镉浓度1.50mg/kg。使用普通的市面上出售的重金属钝化剂(农田土壤重金属污染钝化剂-新土地)稀释12倍均匀的喷洒到试验地块中的土壤，然后使用旋耕机深翻一次土壤，使所述重金属钝化剂与土壤充分混合；然后3天内浇一次水，然后种植水稻。
将试验例1-2、对比试验例1-2的地块在30天后测量的土壤性质变化情况，以及作物生长情况见表1。
表1
项目 固化率(％) 重金属镉有效态含量(mg/kg)
实验例1 42.13 0.8681
实验例2 46.71 0.7994
对比实验例1 1.67 1.4750
对比实验例2 26.09 1.1087
将试验例1-2、对比试验例1-2的地块在90天后测量的土壤性质变化情况，以及作物生长情况见表2。
表2
项目 固化率(％) 重金属镉有效态含量(mg/kg)
实验例1 83.57 0.2465
实验例2 89.46 0.1581
对比实验例1 2.44 1.4589
对比实验例2 43.26 0.8511
由表1和表2可以看出，施用本发明的重金属钝化剂之后，试验地块的土壤中重金属一个月便都明显得到固化，3个月后固化率接近90％，接近正常土壤性状，比施用正常市售重金属钝化剂修复效果明显。
在试验例1中，将试验后30天的土壤与试验前的土壤分别取土样检测各土样的理化性状，结果如表3。
表3
土样项目 有机质(g/kg) pH 容重(g/cm3) 孔隙度(％)
处理前 20.12 5.6 1.38 52.7
处理后 20.34 5.8 1.35 53.8
由表3的数据可以看出，施用本发明的重金属钝化剂之后，在水稻收割后对土壤进行了检测，试验地块的土壤物理性状得到一定的改善，土壤容重降低、土壤有机质含量升高，pH值略有升高，土壤孔隙度升高。由此可见，本发明的重金属钝化剂不仅能降低土壤中镉的有效态含量，而且能够调节土壤的理化性质，改善土壤。

Claims (10)

1.一种用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于包括以下重量份数的原料组份：可溶性腐殖酸40～60份、纳米铁粉1～5份、营养剂1～5份、促根剂1～5份、石灰0～10份、磷酸二氢钾0～15份和水30～35份。
2.如权利要求1所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于包括以下重量份数的原料组份：可溶性腐殖酸40～60份、纳米铁粉1～2份、营养剂1～2份、促根剂1～2份、石灰5～10份、磷酸二氢钾5～15份和水30～35份。
3.如权利要求1或2所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于：所述可溶性腐殖酸是含有羟基和酚羟基的高分子聚合物；所述高分子聚合物中羟基和酚羟基占官能团总量的15～20％。
4.如权利要求3所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于：所述可溶性腐殖酸是从褐煤中经过活化后得到的具有长分子链的含有羟基和酚羟基的高分子聚合物。
5.如权利要求4所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于所述可溶性腐殖酸的活化工艺包括：将褐煤粉碎后，加入质量浓度为20～30％的过氧化氢水溶液，褐煤与过氧化氢水溶液的质量配比为1:1～1.5，搅拌均匀后在温度为32～38℃进行活化反应3～10天，期间保持密封以及搅拌均匀，得到所述可溶性腐殖酸。
6.如权利要求1所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于：所述营养剂为氮肥。
7.如权利要求1所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于：所述促根剂为萘乙酸钠、吲哚乙酸中的至少一种。
8.如权利要求1所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂，其特征在于：所述纳米铁粉的粒径为50～100nm。
9.一种如权利要求1所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将褐煤粉碎后，加入质量浓度为20～30％的过氧化氢水溶液，褐煤与过氧化氢水溶液的质量配比为1:1～1.5，搅拌均匀后在温度为32～38℃进行活化反应3～10天，期间保持密封以及搅拌均匀，得到可溶性腐殖酸；
(2)取所述可溶性腐殖酸40～60份、纳米铁粉1～5份、营养剂1～5份、促根剂1～5份、石灰0～10份、磷酸二氢钾0～15份和水30～35份，混合均匀后得到所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂。
10.如权利要求1所述的用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂的施用方法，其特征在于：将所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂稀释10～15倍均匀的喷洒到土壤中去，然后深翻一次土壤使所述用于水稻田镉污染修复的重金属钝化剂与土壤充分混合；然后3～5天内浇一次水。
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