CN108102655A - 一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂 - Google Patents

一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，所述添加剂是一种改性生物碳，所述改性生物碳的制备方法包括如下步骤：（1）秸秆预处理、（2）秸秆碳化处理、（3）生物碳改性处理。本发明独特配置了一种土壤修复添加剂，对镉等重金属元素有很强的吸附固定特性，有效改善了土壤的品质，提升了茶叶的生长产量和质量，具有很好的经济效益和推广使用价值。

Description

一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂
技术领域
本发明属于白茶种植技术领域，具体涉及一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂。
背景技术
白茶是指一种采摘后，只经过杀青，不揉捻，再经过晒或文火干燥后加工的茶，白茶是茶叶里的瑰宝药效性能很好的茶之奇葩，根据民间长期饮用和实践及现代科学研究证实白茶具有解酒醒酒、清热润肺、平肝益血、消炎解毒、降压减脂、消除疲劳等功效，尤其针对烟酒过度、油腻过多、肝火过旺引起的身体不适、消化功能障碍等症具有独特二灵妙的保健作用，民间采用它制作成清醇的“白茶饼”因其独特风味和保健作用流传到南洋一带至今在东南亚各国享有盛誉。因白茶茶叶具有很好的使用价值和经济效益，越来越多的人开始进行茶叶的种植。
茶叶的种植通常离不开土壤，土壤的品质一定程度上影响了茶叶的品质，但伴随着经济全球化的进一步发展而来的是,矿山开采和冶炼、汽车尾气排放、城市垃圾堆放、工业“三废”的排放，以及含重金属的农药、化肥和地膜的不合理使用等人为因素加剧了土壤重金属的污染。土壤重金属污染具有隐蔽性、潜伏性、长期性和不可逆转性的特点。重金属污染物不仅可以破坏土壤生态系统,降低作物产量,并且可以在作物体内积累,通过食物链危及人类的健康。镉（Cd）元素污染在“五毒”元素（汞、镉、铅、铬、砷）中位列第二，对人体健康存在巨大的安全隐患，对此人们开发出多种改善此问题的方法，普遍采用的是通过施加化学试剂降低土壤中的镉含量，虽然起到了不错的效果，但因成本较高，无法有效的推广使用，同时虽然降低了镉的含量，还会带来其他元素的污染，因此亟需一种可有效改善此问题的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，所述添加剂是一种改性生物碳，所述改性生物碳的制备方法包括如下步骤：
（1）秸秆预处理：
a.将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为80~100目的秸秆粉后备用；
b.将操作a所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理8~12min，期间加热保持酸液的温度为42~47℃，完成后将其滤出备用；
（2）秸秆碳化处理：
将步骤（1）处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为500~530℃，保温碳化处理1.5~2.5h后取出得生物碳备用；
（3）生物碳改性处理：
a.将氧化钙和清水按照质量比1:10~12进行混合放入到搅拌罐内，搅拌处理1~1.5h后得氢氧化钙浆液，然后静置陈化处理8~10h备用；
b.将植酸、乙二胺四乙酸二钠、碳酸二甲酯、十六烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、水对应按照质量比:1~3:5~8：0.4~0.6:2~4：3~5：80~85进行混合放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为58~62℃，不断搅拌处理15~20min后得溶液A备用；
c.将操作a制得的氢氧化钙浆液放入到反应釜内，然后向反应釜内加入氢氧化钙浆液总质量10~13%的操作b制得的溶液A、15~20%的步骤（2）制得的生物碳，加热保持反应釜内的温度为52~55℃，不断搅拌处理1~1.5h后，再向反应釜内持续通入二氧化碳气体，期间不断搅拌，直至浆液整体的pH为中性，随后对浆液进行过滤，最后对过滤所得的滤渣进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为105~107℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.58~0.62MPa，保温保压处理2~3min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在16s之内。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的酸液是质量分数为6~8%的磷酸溶液。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理时控制干燥的温度为86~90℃。
现有技术中也有利用活性炭对土壤中重金属进行吸附修复的方法，但所用活性炭对于重金属的针对性吸附固定效果不好，导致处理的效果并不理想，对此本发明进行了优化改进处理。选用农作物废弃秸秆进行碳化处理制成生物碳，实现了废弃秸秆的有效再利用，保护了自然环境，其中对生物碳的制备过程进行了改进，使得秸秆的碳化率达到70%以上，充分利用了秸秆资源，为了增强生物碳的使用效果，又对其进行了改性处理，其中是将生物碳加入到碳酸钙的制备过程中，最终将生成的纳米级碳酸钙颗粒引入固定到了生物碳内，同时在碳酸钙的制备过程中配制添加了溶液A，其有效改善了碳酸钙的表面活性以及对重金属镉的螯合固定能力，最终制得的改性生物碳成分比表面积大，吸附能力强，并对重金属镉有很好的针对性固定效果，从而对土壤进行了有效修复。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明独特配置了一种土壤修复添加剂，对镉等重金属元素有很强的吸附固定特性，有效改善了土壤的品质，提升了茶叶的生长产量和质量，具有很好的经济效益和推广使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，所述添加剂是一种改性生物碳，所述改性生物碳的制备方法包括如下步骤：
（1）秸秆预处理：
a.将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为80目的秸秆粉后备用；
b.将操作a所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理8min，期间加热保持酸液的温度为42℃，完成后将其滤出备用；
（2）秸秆碳化处理：
将步骤（1）处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为500℃，保温碳化处理1.5h后取出得生物碳备用；
（3）生物碳改性处理：
a.将氧化钙和清水按照质量比1:10进行混合放入到搅拌罐内，搅拌处理1h后得氢氧化钙浆液，然后静置陈化处理8h备用；
b.将植酸、乙二胺四乙酸二钠、碳酸二甲酯、十六烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、水对应按照质量比:1:5：0.4:2：3：80进行混合放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为58℃，不断搅拌处理15min后得溶液A备用；
c.将操作a制得的氢氧化钙浆液放入到反应釜内，然后向反应釜内加入氢氧化钙浆液总质量10%的操作b制得的溶液A、15%的步骤（2）制得的生物碳，加热保持反应釜内的温度为52℃，不断搅拌处理1h后，再向反应釜内持续通入二氧化碳气体，期间不断搅拌，直至浆液整体的pH为中性，随后对浆液进行过滤，最后对过滤所得的滤渣进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为105℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.58MPa，保温保压处理2min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在16s之内。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的酸液是质量分数为6%的磷酸溶液。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理时控制干燥的温度为86℃。
实施例2
一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，所述添加剂是一种改性生物碳，所述改性生物碳的制备方法包括如下步骤：
（1）秸秆预处理：
a.将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为100目的秸秆粉后备用；
b.将操作a所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理10min，期间加热保持酸液的温度为46℃，完成后将其滤出备用；
（2）秸秆碳化处理：
将步骤（1）处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为520℃，保温碳化处理2h后取出得生物碳备用；
（3）生物碳改性处理：
a.将氧化钙和清水按照质量比1:11进行混合放入到搅拌罐内，搅拌处理1.2h后得氢氧化钙浆液，然后静置陈化处理9h备用；
b.将植酸、乙二胺四乙酸二钠、碳酸二甲酯、十六烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、水对应按照质量比:2:7：0.5:3：4：83进行混合放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为60℃，不断搅拌处理18min后得溶液A备用；
c.将操作a制得的氢氧化钙浆液放入到反应釜内，然后向反应釜内加入氢氧化钙浆液总质量12%的操作b制得的溶液A、18%的步骤（2）制得的生物碳，加热保持反应釜内的温度为54℃，不断搅拌处理1.2h后，再向反应釜内持续通入二氧化碳气体，期间不断搅拌，直至浆液整体的pH为中性，随后对浆液进行过滤，最后对过滤所得的滤渣进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为106℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.60MPa，保温保压处理2.6min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在16s之内。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的酸液是质量分数为7%的磷酸溶液。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh560。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理时控制干燥的温度为88℃。
实施例3
一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，所述添加剂是一种改性生物碳，所述改性生物碳的制备方法包括如下步骤：
（1）秸秆预处理：
a.将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为100目的秸秆粉后备用；
b.将操作a所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理12min，期间加热保持酸液的温度为47℃，完成后将其滤出备用；
（2）秸秆碳化处理：
将步骤（1）处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为530℃，保温碳化处理2.5h后取出得生物碳备用；
（3）生物碳改性处理：
a.将氧化钙和清水按照质量比1:12进行混合放入到搅拌罐内，搅拌处理1.5h后得氢氧化钙浆液，然后静置陈化处理10h备用；
b.将植酸、乙二胺四乙酸二钠、碳酸二甲酯、十六烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、水对应按照质量比:3:8：0.6:4：5：85进行混合放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为62℃，不断搅拌处理20min后得溶液A备用；
c.将操作a制得的氢氧化钙浆液放入到反应釜内，然后向反应釜内加入氢氧化钙浆液总质量13%的操作b制得的溶液A、20%的步骤（2）制得的生物碳，加热保持反应釜内的温度为55℃，不断搅拌处理1.5h后，再向反应釜内持续通入二氧化碳气体，期间不断搅拌，直至浆液整体的pH为中性，随后对浆液进行过滤，最后对过滤所得的滤渣进行干燥处理后即可。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为107℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.62MPa，保温保压处理3min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在16s之内。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的酸液是质量分数为8%的磷酸溶液。
进一步的，步骤（3）操作b中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh570。
进一步的，步骤（3）操作c中所述的干燥处理时控制干燥的温度为90℃。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（3）生物碳改性处理中的操作b以及操作c中添加溶液A的处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，省去步骤（3）生物碳改性处理的整个操作，也即不对生物碳进行碳化处理，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有市售的生物碳。
为了对比本发明效果，选择位置临近的试验田进行白茶的种植实验，然后分别向试验田中施加上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对照组制得的土壤修复添加剂，施加的量均为每亩30kg，然后进行完全相同的种植管理，最后对所产的茶叶进行镉含量检测，以此对比土壤修复添加剂的使用效果。
在具体种植实验前先对重金属镉污染的试验田进行理化性质检测，具体操作是：先从试验田中采取土样，采样深为0~20cm，土样经去除植物残体,风干、混匀后,研磨过1mm筛备用，然后进行理化性质测试，土壤pH用pHS-4C+型精密pH计测定，有机质含量用重铬酸钾容量法一外加热法测定,CEC采用醋酸铵法测定,全氮用半微量开氏法测定,碱解氮用碱解扩散法测定,土壤速效磷用0.5mol·L-1 NaHCO3法测定,有效钾用2mol·L-1HNO3浸提一火焰光度法测定,全Cd用HCl-HNO3- HF-HClO4消解，石墨炉原子吸收分光光度计法（novAA400-德国耶拿）测定。具体数据如下表1所示：
表1
pH CEC（cmol/ kg） 有机质OM（g/ kg） 全氮（g/ kg） 碱解氮（mg/ kg） 有效磷（mg/ kg） 有效钾（mg/ kg） 全镉（mg/ kg）
6.58 16.0 44.6 0.28 167.9 15.1 100.5 1.26
由上表1可以看出，本种植试验田土壤属于中重度重金属镉污染土壤。
待茶叶成熟后，将茶叶风干碾碎，然后用混合酸（HNO3:HClO4=4：1 V:V）消解，最后用石墨炉原子吸收分光光度计法（novAA400-德国耶拿）测定Cd含量，具体对比数据如下表2所示：
表2
茶叶中Cd浓度（mg/kg）
实施例2 0.0158
对比实施例1 0.0361
对比实施例2 0.0507
对照组 0.0543
空白对照组 0.0938
注：上表2中所述的空白对照组是未添加任何土壤修复添加剂的试验田作为对照。
由上表2可以看出，本发明方法制得的土壤修复添加剂能有效的改善土壤的品质，降低了重金属镉等元素对于茶叶的生长的影响，从而提升了茶叶的产量和质量，极具推广应用价值。

Claims (5)

1.一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，其特征在于，所述添加剂是一种改性生物碳，所述改性生物碳的制备方法包括如下步骤：
（1）秸秆预处理：
a.将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，粉碎成颗粒为80~100目的秸秆粉后备用；
b.将操作a所得的秸秆粉投入到密闭罐内进行蒸汽爆破处理，完成后取出备用；
c.将操作b处理后的秸秆粉浸入到酸液中浸泡处理8~12min，期间加热保持酸液的温度为42~47℃，完成后将其滤出备用；
（2）秸秆碳化处理：
将步骤（1）处理后的秸秆粉投入到压滤机内压滤去除水分，然后再将其投入到碳化设备中进行碳化处理，期间以氮气为保护环境，控制碳化的温度为500~530℃，保温碳化处理1.5~2.5h后取出得生物碳备用；
（3）生物碳改性处理：
a.将氧化钙和清水按照质量比1:10~12进行混合放入到搅拌罐内，搅拌处理1~1.5h后得氢氧化钙浆液，然后静置陈化处理8~10h备用；
b.将植酸、乙二胺四乙酸二钠、碳酸二甲酯、十六烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、水对应按照质量比:1~3:5~8：0.4~0.6:2~4：3~5：80~85进行混合放入到反应釜内，加热保持反应釜内的温度为58~62℃，不断搅拌处理15~20min后得溶液A备用；
c.将操作a制得的氢氧化钙浆液放入到反应釜内，然后向反应釜内加入氢氧化钙浆液总质量10~13%的操作b制得的溶液A、15~20%的步骤（2）制得的生物碳，加热保持反应釜内的温度为52~55℃，不断搅拌处理1~1.5h后，再向反应釜内持续通入二氧化碳气体，期间不断搅拌，直至浆液整体的pH为中性，随后对浆液进行过滤，最后对过滤所得的滤渣进行干燥处理后即可。
2.根据权利要求1所述的一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，其特征在于，步骤（1）操作b中所述的蒸汽爆破处理的具体操作是：向密封罐内通入温度为105~107℃的水蒸气，同时将密封罐内的压力升至0.58~0.62MPa，保温保压处理2~3min后再快速卸至常温常压，卸温卸压的时间控制在16s之内。
3.根据权利要求1所述的一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，其特征在于，步骤（1）操作c中所述的酸液是质量分数为6~8%的磷酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，其特征在于，步骤（3）操作b中所述的硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于镉污染白茶种植田的土壤修复添加剂，其特征在于，步骤（3）操作c中所述的干燥处理时控制干燥的温度为86~90℃。
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