CN107903909A - 一种土壤修复剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土壤修复技术领域，尤其涉及一种土壤修复剂及其制备方法，包括改性生物炭、预处理树叶和畜禽粪便，其中，改性生物炭、预处理树叶和畜禽粪便按质量比为15~45:10~30:30~70混合均匀既得土壤修复剂，本发明得到的土壤修复剂不仅可以对土壤中的重金属进行络合，同时枣树叶的加入避免了土壤中C、N、P等和微量元素的缺失，而且粪便可以疏松土壤，防止土壤板结。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，尤其涉及一种土壤修复剂及其制备方法。
背景技术
在我国，近20年来伴随着工业化、城镇化进程的不断加快，土壤污染问题日益突出，污染面积不断扩大。作为人类社会生产活动的基本物质基础，一旦土壤受到污染，将会给人类生存造成恶劣影响。据统计，中国遭受重金属污染的污溉土地面积占总污溉区面积的64.8%。因此，开发高效环保经济的重金属污染土壤修复技术已经成为土壤修复领域的当务之急，而环境友好型的生物炭为重金属污染土壤的修复提供了新途径。
生物炭是生物质在缺氧或无氧条件下热解生成的一类富碳固态产物。生物炭添加到土壤中，在实现碳封存的时候，能够改善土壤结构，提高土壤肥力，增加农作物的产量。由于生物基材料来源广泛、品种多、成本低等优点，近年来已有不少利用工农业生物质废弃物或其改性材料进行相关的研究。坚果壳是一种很容易获得的廉价生物质废弃物，大量的坚果壳被当作燃料或是废弃物处置，造成极大的资源浪费。
发明内容
本发明的目的是以废弃的坚果壳为生物炭原料来提供一种土壤修复剂及其制备方法，从而为重金属污染土壤提供新的途径。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种土壤修复剂，包括改性生物炭、预处理树叶和畜禽粪便，其中，改性生物炭、预处理树叶和畜禽粪便按质量比为15~45:10~30:30~70混合均匀既得。
进一步的，所述改性生物炭用有机酸进行改性，生物炭的原料为废弃的坚果壳经热解得到。
进一步的，所述畜禽粪便是经过发酵堆肥降解抗生素处理过的。
一种土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）生物炭的制备：将预处理过的坚果壳置于马弗炉中以10~20℃/min的升温速率升温至600~800℃，保温3~6h，降温至100℃时取出得到生物炭；
（2）生物炭的改性：将得到的生物炭侵入有机酸中进行改性处理，其中，生物炭与有机酸的质量比为1:15~1:35g/mL，即将生物炭和有机酸放入三口烧瓶中并于50~60℃的水浴锅中以250~350r/min的速度搅拌2.5~3.5h，然后过滤将残渣用去离子水洗涤直至滤液呈现中性，再将残渣进行烘干得改性生物炭；
（3）树叶预处理：将树叶置于100~110℃的烘箱内烘干12~24h，用破碎机破碎成粉末并过60~100目筛备用；
（4）畜禽粪便预处理：将畜禽粪便平铺于封闭的堆肥容器中，然后在堆肥容器中加入秸秆并于30~38℃条件下进行发酵堆肥处理；
（5）制备土壤修复剂：将改性生物炭、经过预处理的树叶和畜禽粪便按质量比为15~45:10~30:30~70进行混合均匀，即得到土壤修复剂。
进一步的，所述步骤1）中坚果壳为花生壳、核桃壳、开心果壳、夏威夷果壳或腰果壳中的至少一种，所述坚果壳的预处理为先将坚果壳粉碎成粒径为0.05~0.015mm的颗粒，然后将粉碎以后的坚果壳置于100~110℃的烘箱中干燥8~10h。
进一步的，所述步骤2）中的有机酸为柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸、丙二酸中的一种，所述有机酸的体积分数是5~10%。
进一步的，所述步骤2）中的滤渣在50~60℃的烘箱中干燥12h得到改性生物炭。
进一步的，所述步骤4）的发酵堆肥在堆肥过程中，每1~3天放气一次，堆肥至15~20天，结束堆肥。
本发明具有的优点是：将废弃的营养丰富的坚果壳热解得到生物炭并用天然的低分子有机酸进行改性以对土壤中的重金属进行络合，同时树叶的加入避免了土壤中C、N、P等微量元素的缺失；畜禽粪便中抗生素的降解可以避免抗生素被土壤吸附，造成严重的生态污染和影响微生物群落结构及活性，然后将预处理后的粪便加入到土壤修复剂中以疏松土壤，防止土壤板结。
具体实施方式
土壤修复剂中的树叶为落叶乔木的树叶，实施例中均以枣树树叶为例说明。
实施例1
首先对生物炭进行改性：即将收集的核桃壳粉粹成粒径为0.05~0.015mm的颗粒后置于100℃的烘箱中干燥10h，然后将得到的碎渣置于马弗炉中，以10℃/min的速度升温至600℃并保温4h，之后降温至100℃时取出，得到生物炭；将得到的生物炭以固液比为1:20g/mL浸入体积分数为10%的草酸中，并在50~60℃的水浴锅中以300r/min的速度搅拌3h。过滤残渣并用去离子水洗涤残渣直至滤液呈现中性，最后在50~60℃的烘箱中干燥12h备用；其次对枣树叶进行预处理，即将取自新郑市某枣园的树叶置于100℃的烘箱内烘干12h，用破碎机破碎成粉末并过100目筛备用；然后对鸡粪进行预处理：在35℃下，将收集到的鸡粪平铺于封闭的堆肥容器中，在堆肥容器中加入玉米秸秆并进行光照培养以加速鸡粪中抗生素的降解。在堆肥过程中，每2天放气一次，堆肥至15天，结束堆肥；最后将改性生物炭、经过预处理的树叶和鸡粪按质量比20:10:70进行混合制得1号土壤修复剂。
实施例2
首先对生物炭进行改性：即将收集的核桃壳和花生壳粉粹成粒径为0.05~0.015mm的颗粒后置于100℃的烘箱中干燥10h，然后将得到的碎渣置于马弗炉中，以10℃/min的速度升温至600℃并保温4h，之后降温至100℃时取出，得到生物炭；将得到的生物炭以固液比为1:20g/mL浸入体积分数为10%的酒石酸中，并在50~60℃的水浴锅中以300r/min的速度搅拌3h。过滤残渣并用去离子水洗涤残渣直至滤液呈现中性，最后在50~60℃的烘箱中干燥12h备用；其次对枣树叶进行预处理，即将取自新郑市某枣园的树叶置于105℃的烘箱内烘干12h，用破碎机破碎成粉末并过100目筛备用；然后对猪粪进行预处理：在35℃下，将收集到的猪粪平铺于封闭的堆肥容器中，在发酵容器中加入玉米秸秆并进行光照培养以加速鸡粪中抗生素的降解。在堆肥过程中，每2天放气一次，堆肥至15天，结束堆肥；最后将改性生物炭、经过预处理的树叶和猪粪按质量比25:15:60进行混合制得2号土壤修复剂。
实施例3
首先对生物炭进行改性：即将收集的开心果壳、夏威夷果和核桃壳粉粹成粒径为0.05~0.015mm的颗粒后置于100℃的烘箱中干燥10h，然后将得到的碎渣置于马弗炉中，以10℃/min的速度升温至600℃并保温4h，之后降温至100℃时取出，得到生物炭；将得到的生物炭以固液比为1:20g/mL浸入体积分数为10%的柠檬酸中，并在50~60℃的水浴锅中以300r/min的速度搅拌3h。过滤并用去离子水洗涤直至滤液呈现中性，最后在50~60℃的烘箱中干燥12h备用；其次对枣树叶进行预处理，即将取自新郑市某枣园的树叶置于110℃的烘箱内烘干12h，用破碎机破碎成粉末并过100目筛备用；然后对牛粪进行预处理：在35℃下，将收集到的牛粪平铺于封闭的堆肥容器中，在发酵容器中加入玉米秸秆并进行光照培养以加速牛粪中抗生素的降解。在堆肥过程中，每2天放气一次，堆肥至15天，结束堆肥；最后将改性生物炭、经过预处理的树叶和猪粪按质量比30:20:50进行混合制得3号土壤修复剂。
实施例4
首先对生物炭进行改性：即将收集的开心果壳、夏威夷果和腰果壳粉粹成粒径为0.05~0.015mm的颗粒后置于105℃的烘箱中干燥8h，然后将得到的碎渣置于马弗炉中，以20℃/min的速度升温至800℃并保温3h，之后降温至100℃时取出，得到生物炭；将得到的生物炭以固液比为1:15g/mL浸入体积分数为5%的苹果酸中，并在50~60℃的水浴锅中以250r/min的速度搅拌2.5h。过滤并用去离子水洗涤直至滤液呈现中性，最后在50~60℃的烘箱中干燥12h备用；其次对枣树叶进行预处理，即将取自新郑市某枣园的树叶置于100℃的烘箱内烘干12h，用破碎机破碎成粉末并过60目筛备用；然后对鸡粪进行预处理：在30℃下，将收集到的牛粪平铺于封闭的堆肥容器中，在发酵容器中加入玉米秸秆并进行光照培养以加速鸡粪中抗生素的降解。在堆肥过程中，每天放气一次，堆肥至15天，结束堆肥；最后将改性生物炭、经过预处理的树叶和猪粪按质量比15:10:30进行混合制得4号土壤修复剂。
实施例5
首先对生物炭进行改性：即将收集的腰果壳粉粹成粒径为0.05~0.015mm的颗粒后置于110℃的烘箱中干燥10h，然后将得到的碎渣置于马弗炉中，以15℃/min的速度升温至700℃并保温6h，之后降温至100℃时取出，得到生物炭；将得到的生物炭以固液比为1:35g/mL浸入体积分数为8%的柠檬酸中，并在50~60℃的水浴锅中以350r/min的速度搅拌3.5h。过滤并用去离子水洗涤直至滤液呈现中性，最后在50~60℃的烘箱中干燥12h备用；其次对枣树叶进行预处理，即将取自新郑市某枣园的树叶置于100~110℃的烘箱内烘干24h，用破碎机破碎成粉末并过80目筛备用；然后对牛粪进行预处理：在38℃下，将收集到的牛粪平铺于封闭的堆肥容器中，在发酵容器中加入玉米秸秆并进行光照培养以加速牛粪中抗生素的降解。在堆肥过程中，每3天放气一次，堆肥至20天，结束堆肥；最后将改性生物炭、经过预处理的树叶和猪粪按质量比45:30:70进行混合制得5号土壤修复剂。
试验例
为了能直观地反映该修复剂的效果，下面以重金属污染区域为修复对象，且该区域土壤表层的重金属含量高于《土壤环境质量标准》的三级标准。根据污染的实际情况进行无害化处理试验：
供试土壤采用郑州市某厂附近的污染土壤，取样深度为表层0~10cm。采样前将土壤表面的覆盖物去除，将取回的土样置于塑料布上风干，待到半干后压碎土块，去除石块等杂物，并铺成薄薄的一层将其风干。风干后，过筛备用。
以下表1为进行修复前后土壤中重金属的含量，同时观察土壤的板结情况。
具体将实施例1~5的土壤重金属修复剂加入供试土壤中，并测定土壤中重金属的含量。
表1 土壤中加入土壤修复剂前后重金属含量的对比数据
Claims (8)
1.一种土壤修复剂，其特征在于：包括改性生物炭、预处理树叶和畜禽粪便，其中，改性生物炭、预处理树叶和畜禽粪便按质量比为15~45:10~30:30~70混合均匀既得。
2.如权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于：所述改性生物炭用有机酸进行改性，生物炭的原料为废弃的坚果壳经热解得到。
3.如权利要求1所述的土壤修复剂，其特征在于：所述畜禽粪便是经过发酵堆肥降解抗生素处理过的。
4.如权利要求1-3任一所述的一种土壤修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）生物炭的制备：将预处理过的坚果壳置于马弗炉中以10~20℃/min的升温速率升温至600~800℃，保温3~6h，降温至100℃时取出得到生物炭；
（2）生物炭的改性：将得到的生物炭侵入有机酸中进行改性处理，其中，生物炭与有机酸的质量比为1:15~1:35g/mL，即将生物炭和有机酸放入三口烧瓶中并于50~60℃的水浴锅中以250~350r/min的速度搅拌2.5~3.5h，然后过滤将残渣用去离子水洗涤直至滤液呈现中性，再将残渣进行烘干得改性生物炭；
（3）树叶预处理：将树叶置于100~110℃的烘箱内烘干12~24h，用破碎机破碎成粉末并过60~100目筛备用；
（4）畜禽粪便预处理：将畜禽粪便平铺于封闭的堆肥容器中，然后在堆肥容器中加入秸秆并于30~38℃条件下进行发酵堆肥处理；
（5）制备土壤修复剂：将改性生物炭、经过预处理的树叶和畜禽粪便按质量比为15~45:10~30:30~70进行混合均匀，即得到土壤修复剂。
5.如权利要求4所述的土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中坚果壳为花生壳、核桃壳、开心果壳、夏威夷果壳或腰果壳中的至少一种，所述坚果壳的预处理为先将坚果壳粉碎成粒径为0.05~0.015mm的颗粒，然后将粉碎后的坚果壳置于100~110℃的烘箱中干燥8~10h。
6.如权利要求4所述的土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中的有机酸为柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸、丙二酸中的一种，所述有机酸的体积分数是5~10%。
7.如权利要求4所述的土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中的滤渣在50~60℃的烘箱中干燥12h得到改性生物炭。
8.如权利要求4所述的土壤修复剂的制备方法，其特征在于：所述步骤4）的发酵堆肥在堆肥过程中，每1~3天放气一次，堆肥至15~20天，结束堆肥。
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