CN109438108A - 可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，包括以下步骤：1)用NaOH改性去皮横切后的秸秆，得到多孔改性秸秆；2)用硫代硫酸铵装载多孔改性秸秆，得到硫代硫酸铵/秸秆复合物；3)用聚乙烯醇包覆所述硫代硫酸铵/秸秆复合物，得到可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。本发明的优点在于：该方法以秸秆为载体，经功能化修饰，制成缓释肥；该缓释肥既能降低植物对铬的吸收，又能促进作物生长；该制备方法简单、成本低，材料来源丰富、采收简单，且为秸秆高值利用提供新思路。

Description

可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于绿色农业领域，更具体涉及一种可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥及其制备方法和应用。
背景技术
我国每年产生大量作物秸秆，而我国秸秆利用率不足60％。大量秸秆焚烧或随意堆放，既造成资源浪费，又引发环境污染。因此，迫切需要发展秸秆综合利用技术。
当前，我国区域性土壤重金属污染情况不容乐观，造成粮食重金属超标现象时有发生，严重危害人体健康，因此，迫切需要发展土壤重金属修复技术。目前，土壤重金属修复方法主要包括生物法(植物富集、微生物转化)、物理法(电动法、客土法)和化学法(钝化剂、氧化还原)。其中钝化剂法受到越来越多的关注，对于修复重金属污染发挥重要作用。然而，大多钝化剂为外源物，其运输和施用耗时耗力，成本较高，难以大规模应用。因此，针对现有秸秆利用率低、重金属钝化剂成本高的问题，迫切需要发展一种内源物如秸秆基的重金属钝化剂，既能提供一种低成本重金属钝化剂，又能促进秸秆综合利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种既能修复土壤重金属又能为作物生长提供持续养分的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥及其制备方法和应用。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一方面，提供一种可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，该制备方法由秸秆、硫代硫酸铵和聚乙烯醇复合，其中秸秆具有蜂窝状微纳结构，可高效装载硫代硫酸铵，然后被聚乙烯醇包覆，从而制备一种复合材料，即可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。具体地，该方法包括以下步骤：
1)用NaOH改性去皮横切后的秸秆，得到多孔改性秸秆；
2)用硫代硫酸铵装载所述多孔改性秸秆，得到硫代硫酸铵/秸秆复合物；
3)用聚乙烯醇包覆所述硫代硫酸铵/秸秆复合物，得到可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
更具体地，该可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法包括以下步骤：
1)将去皮横切后的秸秆置入浓度为15～25g/L的NaOH水溶液中搅拌，去除木质素，然后滤出并烘干，得到多孔改性秸秆；
2)将多孔改性秸秆置入浓度为1～3mol/L的硫代硫酸铵水溶液中浸泡，以装载硫代硫酸铵，然后滤出并烘干，得到硫代硫酸铵/秸秆复合物；
3)将硫代硫酸铵/秸秆复合物置入浓度为30～50g/L的聚乙烯醇水溶液中浸泡，在秸秆表面得到一层缓释膜，然后滤出并烘干，得到可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
优选地，在步骤1)中，去皮横切后的秸秆为1～2cm厚的饼状。
优选地，在步骤1)中，每3～5kg去皮横切后的秸秆置入200～400LNaOH水溶液中；搅拌的温度为20～40℃，时间为2～6小时，转速为100～200rpm。
优选地，在步骤2)中，每3～5kg多孔改性秸秆置入50～100L硫代硫酸铵水溶液中浸泡；浸泡的时间为2～6小时。
优选地，在步骤3)中，每3～5kg硫代硫酸铵/秸秆复合物置入20～50L聚乙烯醇水溶液中浸泡；浸泡的时间为10～30分钟。
优选地，在步骤1)、2)和3)中，烘干的温度为30～60℃。
优选地，秸秆为玉米秸秆，因为它具有蜂窝状微纳结构。
另一方面，提供上述制备方法制成的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
又一方面，还提供上述可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥在处理含六价铬土壤中的应用。
优选地，该可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥以0.5～1吨/亩的用量均匀撒施在土壤表层。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的制备方法以秸秆为载体，经功能化修饰，制备一种复合材料，即可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。该可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥既能降低植物对铬的吸收，又能促进作物生长。在土壤中，该可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥中的硫代硫酸根离子和铵根离子可从缓释肥中缓慢释放，其中，硫代硫酸根离子可通过吸附、静电引力、还原等作用将土壤中高毒性六价铬还原为低毒性三价铬；铵根离子可为作物持续提供营养。此外，该制备方法简单、成本低，材料来源丰富、采收简单，且为秸秆高值利用提供新思路。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
(1)将收获籽粒后的玉米秸秆去皮并横切成1cm厚的饼状，取3kg放入200L NaOH水溶液(15g/L)中，在20℃下搅拌(100rpm)2小时，随后滤出并在30℃下烘干，即得到改性玉米秸秆；
(2)将改性玉米秸秆在50L硫代硫酸铵水溶液(1mol/L)中浸泡2小时，滤出并在30℃下烘干，得到硫代硫酸铵/玉米秸秆复合物；
(3)将硫代硫酸铵/玉米秸秆复合物放入20L聚乙烯醇(30g/L)中浸泡10分钟，滤出并在30℃下烘干，即得到硫代硫酸铵/玉米秸秆/聚乙烯醇复合材料，即为可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
将该缓释肥按照0.5吨/亩的用量在合肥市科学岛试验田(100m2)进行试验，结果表明：该缓释肥使水稻中籽粒铬含量降低34％，使水稻增产9.4％。
实施例2：
(1)将收获籽粒后的玉米秸秆去皮并横切成1.5cm厚的饼状，取4kg放入300LNaOH水溶液(20g/L)中，在30℃下搅拌(150rpm)4小时，随后滤出并在45℃下烘干，即得到改性玉米秸秆；
(2)将改性玉米秸秆在75L硫代硫酸铵水溶液(2mol/L)中浸泡4小时，滤出并在45℃下烘干，得到硫代硫酸铵/玉米秸秆复合物；
(3)将硫代硫酸铵/玉米秸秆复合物放入30L聚乙烯醇(40g/L)中浸泡20分钟，滤出并在45℃下烘干，即得到硫代硫酸铵/玉米秸秆/聚乙烯醇复合材料，即为可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
将该缓释肥按照0.8吨/亩的用量在合肥市科学岛试验田(100m2)进行试验，结果表明：该缓释肥使水稻中籽粒铬含量降低52％，使水稻增产10.2％。
实施例3：
(1)将收获籽粒后的玉米秸秆去皮并横切成2cm厚的饼状，取5kg放入400LNaOH水溶液(25g/L)中，在40℃下搅拌(200rpm)6小时，随后滤出并在60℃下烘干，即得到改性玉米秸秆；
(2)将改性玉米秸秆在100L硫代硫酸铵水溶液(3mol/L)中浸泡6小时，滤出并在60℃下烘干，得到硫代硫酸铵/玉米秸秆复合物；
(3)将硫代硫酸铵/玉米秸秆复合物放入50L聚乙烯醇(50g/L)中浸泡30分钟，滤出并在60℃下烘干，即得到硫代硫酸铵/玉米秸秆/聚乙烯醇复合材料，即为可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
将该缓释肥按照1吨/亩的用量在合肥市科学岛试验田(100m2)进行试验，结果表明：该缓释肥使水稻中籽粒铬含量降低41％，使水稻增产9.5％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用NaOH改性去皮横切后的秸秆，得到多孔改性秸秆；
2)用硫代硫酸铵装载所述多孔改性秸秆，得到硫代硫酸铵/秸秆复合物；
3)用聚乙烯醇包覆所述硫代硫酸铵/秸秆复合物，得到可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
2.根据权利要求1所述的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将所述去皮横切后的秸秆置入浓度为15～25g/L的NaOH水溶液中，搅拌，然后滤出并烘干，得到多孔改性秸秆；
2)将所述多孔改性秸秆置入浓度为1～3mol/L的硫代硫酸铵水溶液中浸泡，然后滤出并烘干，得到硫代硫酸铵/秸秆复合物；
3)将所述硫代硫酸铵/秸秆复合物置入浓度为30～50g/L的聚乙烯醇水溶液中浸泡，然后滤出并烘干，得到可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
3.根据权利要求1或2所述的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述去皮横切后的秸秆为1～2cm厚的饼状。
4.根据权利要求2所述的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，每3～5kg所述去皮横切后的秸秆置入200～400L所述NaOH水溶液中；所述搅拌的温度为20～40℃，时间为2～6小时，转速为100～200rpm。
5.根据权利要求2所述的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，每3～5kg所述多孔改性秸秆置入50～100L所述硫代硫酸铵水溶液中浸泡；所述浸泡的时间为2～6小时。
6.根据权利要求2所述的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，每3～5kg所述硫代硫酸铵/秸秆复合物置入20～50L所述聚乙烯醇水溶液中浸泡；所述浸泡的时间为10～30分钟。
7.根据权利要求2所述的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥的制备方法，其特征在于，在步骤1)、2)和3)中，所述烘干的温度为30～60℃。
8.权利要求1至7中任一项所述的制备方法制成的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥。
9.权利要求8所述的可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥在处理含六价铬土壤中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述可修复土壤重金属的秸秆基缓释肥以0.5～1吨/亩的用量均匀撒施在土壤表层。
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