CN109913229A - 一种水田土壤修复剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境治理技术领域，具体涉及一种水田土壤修复剂及其制备方法，修复剂其中各原料包括活性氧化铝、粘土矿物粉末、聚丙烯酰胺、重金属螯合剂、活性炭粉末、pH调节剂和有机肥，粘土矿物粉末为硅藻土、钠基膨润土、海泡石和羟基磷灰石其中的一种或多种混合而成；本发明提供了一种水田土壤修复剂及其制备方法，修复剂的施用方便，不会造成二次污染，避免了对作业人员的健康危害和对空气的污染；此外，本发明采用的主要原料也不会对水田中的土壤造成二次污染，并且本发明的修复剂中还添加有有机肥成分，在对水田土壤金属污染进行处理的同时，还能由于于土壤恢复肥力，实现对水田中种植作物增产增收，减肥减药的效果。

Description

一种水田土壤修复剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及环境治理技术领域，具体涉及一种水田土壤修复剂及其制备方法。

背景技术

土壤重金属污染是指由于人类的活动将重金属带入土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于其自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。随着人口快速增长，工业农业生产规模不断扩大，土壤重金属污染的形势越来越严峻，引发的问题越来越突出，已成为全球面临的一个严重的环境问题。重金属污染不仅导致土壤物理、化学和生物学性质发生改变，降低农作物的产量和质量，并且能够通过食物链到达人体，直接危害人体健康。我国的耕地重金属污染非常严重，受重金属污染的耕地有1000万公顷，占18亿亩的耕地的8％以上，每年直接减少粮食产量约100亿公斤。

近年来，长期积累的重金属污染问题开始逐渐显露出来，并呈高发态势，部分区域镉污染尤为突出。化学淋洗法使用化学药剂对土壤进行淋洗去除土壤中的重金属。该方法使用的淋洗剂会破坏土壤的理化性质和原有结构，淋洗后的土壤基本丧失种植功能。淋洗出来的废液需要处理，且容易造成二次污染，工程费用高。

传统的修复重金属土壤污染的方法如淋洗法和固化法等一般都会破坏土壤的原有结构，无法进行种植，很难适应重金属污染农作物土壤的修复。鉴于农田土壤重金属修复的最终目的在于阻断重金属污染物到食用作物的迁移，因此寻找一种不占用农田、对农田、水田无二次污染、适用范围广、效果好的土壤重金属修复剂尤为重要。

发明内容

因此，本发明提供了一种水田土壤修复剂及其制备方法，修复剂中采用的主要原料不会对水田中的土壤造成二次污染，能很好地选择吸附固定土壤中的镍、镉离子，同时不破坏土壤的原有结构，修复剂中金属螯合剂的成分化学稳定性，不易水解，能够对土壤中的重金属进行有效且稳定的钝化。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种水田土壤修复剂，其中各原料成分按重量份计：活性氧化铝8～10份、粘土矿物粉末80～110份、聚丙烯酰胺5～10份、重金属螯合剂10～18份、活性炭粉末15～25份、pH调节剂2～4份和有机肥1～10份。

所述粘土矿物粉末为硅藻土、钠基膨润土、海泡石和羟基磷灰石其中的一种或多种通过混合机混合而成，并且其中海泡石和羟基磷灰石的最大粒径为不超过6mm。

所述有机肥的成分为有机垃圾、秸秆、畜禽粪便、饼粕和农副产品其中的一种或多种的混合物，并且有机肥中的水分含量低于30.0wt％，有机质以干基计的含量不少于25.0wt％。

一种水田土壤修复剂，制备方法包括如下步骤：

将粘土矿物粉末与活性炭粉末放入搅拌设备中，在150r/min的转速下混合至均匀；

将步骤1中的混合物放入粉碎设备中进行粉碎处理，经过粉碎后混合物颗粒的粒径平均为0.1～0.3mm；

将步骤2中得到的混合物，投入去离子水中分散均匀并调节pH值，之后往混合液中依次加入活性氧化铝和聚丙烯酰胺，放入反应釜中在180℃下进行反应；

将步骤3中反应后得到的物料，放入烘干箱并在充入保护气体的条件下恒温干燥1.5～2h，而后冷却至室温；

将步骤4中经过烘干的物料与pH调节剂、重金属螯合剂和有机肥进行混合，制得的终产物用于制造水田土壤修复剂。

优选的，所述步骤1中搅拌混合的时间为15～20min，使用搅拌设备为三轴搅拌机、摇摆式混合搅拌机或者行星搅拌机。

优选的，步骤3中调节后的pH值为3～5。

优选的，步骤4中的烘干箱的干燥温度为120～135℃。

优选的，步骤4中保护气体选自氮气、氦气和氩气其中的一种或者几种的混合物，优选的为氦气与氩气按3:1体积混合。

优选的，步骤5中重金属螯合剂选用羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸按2:1的质量比共混后制得的混合物，pH调节剂选用氢氧化钾或过磷酸钙。

有益效果：

1、本发明提供的修复剂施用方便，不会造成二次污染，避免了对作业人员的健康危害和对空气的污染；此外，本发明采用的主要原料也不会对水田中的土壤造成二次污染，并且本发明的修复剂中还添加有有机肥成分，在对水田土壤金属污染进行处理的同时，还能由于于土壤恢复肥力，实现对水田中种植作物增产增收，减肥减药的效果。

2、本发明中产品成分搭配合理，各成分能协同作用，其中通过粘土矿物粉末与活性氧化铝相互配合，能很好地选择吸附固定土壤中的镍、镉离子，同时不破坏土壤的原有结构；有效利用了羟氨基羧酸类螯合剂与金属离子的螯合效果，通过离子吸附和离子交换机理，能够对土壤中的重金属进行钝化，且作为有效成分的羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸具有良好的化学稳定性，不易水解，能耐较高温度，使得修复剂成分在水田中不会轻易的失效。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种水田土壤修复剂，其中各原料成分按重量份计：活性氧化铝8份、粘土矿物粉末100份、聚丙烯酰胺9份、重金属螯合剂18份、活性炭粉末25份、pH调节剂3份和有机肥6份。

粘土矿物粉末为硅藻土、钠基膨润土、海泡石和羟基磷灰石通过混合机混合而成，并且其中海泡石和羟基磷灰石的最大粒径为5mm。

有机肥的成分为有机垃圾、畜禽粪便、饼粕和农副产品的混合物，并且有机肥中的水分含量低于30.0wt％，有机质以干基计的含量为25.0wt％。

一种水田土壤修复剂，制备方法包括如下步骤：

1)将粘土矿物粉末与活性炭粉末放入搅拌设备中，在150r/min的转速下混合至均匀；

2)将步骤1中的混合物放入粉碎设备中进行粉碎处理，经过粉碎后混合物颗粒的粒径平均为0.1mm；

3)将步骤2中得到的混合物，投入去离子水中分散均匀并调节pH值，之后往混合液中依次加入活性氧化铝和聚丙烯酰胺，放入反应釜中在180℃下进行反应；

4)将步骤3中反应后得到的物料，放入烘干箱并在充入保护气体的条件下恒温干燥1.5h，而后冷却至室温；

5)将步骤4中经过烘干的物料与pH调节剂、重金属螯合剂和有机肥进行混合，制得的终产物用于制造水田土壤修复剂。

步骤1中搅拌混合的时间为15min，使用搅拌设备为三轴搅拌机。

步骤3中调节后的pH值为3。

步骤4中的烘干箱的干燥温度为120℃。

步骤4中保护气体为氦气与氩气按3:1体积混合。

步骤5中重金属螯合剂选用羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸按2:1的质量比共混后制得的混合物，pH调节剂选用氢氧化钾。

实施例2：

一种水田土壤修复剂，其中各原料成分按重量份计：活性氧化铝10份、粘土矿物粉末110份、聚丙烯酰胺8份、重金属螯合剂18份、活性炭粉末24份、pH调节剂2份和有机肥1份。

粘土矿物粉末为硅藻土、钠基膨润土和海泡石通过混合机混合而成，并且其中海泡石的最大粒径为5mm。

有机肥的成分为有机垃圾、畜禽粪便、饼粕和农副产品的混合物，并且有机肥中的水分含量低于25.0wt％，有机质以干基计的含量为30.0wt％。

一种水田土壤修复剂，制备方法包括如下步骤：

1)将粘土矿物粉末与活性炭粉末放入搅拌设备中，在150r/min的转速下混合至均匀；

2)将步骤1中的混合物放入粉碎设备中进行粉碎处理，经过粉碎后混合物颗粒的粒径平均为0.3mm；

3)将步骤2中得到的混合物，投入去离子水中分散均匀并调节pH值，之后往混合液中依次加入活性氧化铝和聚丙烯酰胺，放入反应釜中在180℃下进行反应；

4)将步骤3中反应后得到的物料，放入烘干箱并在充入保护气体的条件下恒温干燥1.2h，而后冷却至室温；

5)将步骤4中经过烘干的物料与pH调节剂、重金属螯合剂和有机肥进行混合，制得的终产物用于制造水田土壤修复剂。

步骤1中搅拌混合的时间为15min，使用搅拌设备为行星搅拌机。

步骤3中调节后的pH值为5。

步骤4中的烘干箱的干燥温度为135℃。

步骤4中保护气体为氦气与氩气按2:1体积混合。

步骤5中重金属螯合剂选用羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸按2:1的质量比共混后制得的混合物，pH调节剂选用氢氧化钾。

实施例3：

一种水田土壤修复剂，其中各原料成分按重量份计：活性氧化铝9份、粘土矿物粉末80份、聚丙烯酰胺5份、重金属螯合剂10份、活性炭粉末17份、pH调节剂2份和有机肥10份。

粘土矿物粉末为硅藻土和羟基磷灰石通过混合机混合而成，并且其中羟基磷灰石的最大粒径为5mm。

有机肥的成分为有机垃圾、畜禽粪便、饼粕和农副产品的混合物，并且有机肥中的水分含量低于28.0wt％，有机质以干基计的含量为35.0wt％。

一种水田土壤修复剂，制备方法包括如下步骤：

1)将粘土矿物粉末与活性炭粉末放入搅拌设备中，在150r/min的转速下混合至均匀；

2)将步骤1中的混合物放入粉碎设备中进行粉碎处理，经过粉碎后混合物颗粒的粒径平均为0.1mm；

3)将步骤2中得到的混合物，投入去离子水中分散均匀并调节pH值，之后往混合液中依次加入活性氧化铝和聚丙烯酰胺，放入反应釜中在180℃下进行反应；

4)将步骤3中反应后得到的物料，放入烘干箱并在充入保护气体的条件下恒温干燥1.5h，而后冷却至室温；

5)将步骤4中经过烘干的物料与pH调节剂、重金属螯合剂和有机肥进行混合，制得的终产物用于制造水田土壤修复剂。

步骤1中搅拌混合的时间为20min，使用搅拌设备为三轴搅拌机。

步骤3中调节后的pH值为5。

步骤4中的烘干箱的干燥温度为120℃。

步骤4中保护气体为氮气、氦气与氩气按3:1:2体积混合。

步骤5中重金属螯合剂选用羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸按2:1的质量比共混后制得的混合物，pH调节剂选用过磷酸钙。

实施例4：

一种水田土壤修复剂，其中各原料成分按重量份计：活性氧化铝8份、粘土矿物粉末100份、聚丙烯酰胺9份、重金属螯合剂18份、活性炭粉末20份、pH调节剂2份和有机肥7份。

粘土矿物粉末为钠基膨润土、海泡石和羟基磷灰石通过混合机混合而成，并且其中海泡石和羟基磷灰石的最大粒径为4.5mm。

有机肥的成分为秸秆、畜禽粪便、饼粕和农副产品的混合物，并且有机肥中的水分含量低于30.0wt％，有机质以干基计的含量为25.0wt％。

一种水田土壤修复剂，制备方法包括如下步骤：

1)将粘土矿物粉末与活性炭粉末放入搅拌设备中，在150r/min的转速下混合至均匀；

2)将步骤1中的混合物放入粉碎设备中进行粉碎处理，经过粉碎后混合物颗粒的粒径平均为0.2mm；

3)将步骤2中得到的混合物，投入去离子水中分散均匀并调节pH值，之后往混合液中依次加入活性氧化铝和聚丙烯酰胺，放入反应釜中在180℃下进行反应；

4)将步骤3中反应后得到的物料，放入烘干箱并在充入保护气体的条件下恒温干燥2h，而后冷却至室温；

5)将步骤4中经过烘干的物料与pH调节剂、重金属螯合剂和有机肥进行混合，制得的终产物用于制造水田土壤修复剂。

步骤1中搅拌混合的时间为15min，使用搅拌设备为摇摆式混合搅拌机。

步骤3中调节后的pH值为4。

步骤4中的烘干箱的干燥温度为120℃。

步骤4中保护气体为氦气与氮气按2:3体积混合。

步骤5中重金属螯合剂选用羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸按2:1的质量比共混后制得的混合物，pH调节剂选用氢氧化钾。

实施例5：

一种水田土壤修复剂，其中各原料成分按重量份计：活性氧化铝9份、粘土矿物粉末100份、聚丙烯酰胺9份、重金属螯合剂16份、活性炭粉末21份、pH调节剂4份和有机肥8份。

粘土矿物粉末为硅藻土、钠基膨润土、海泡石和羟基磷灰石通过混合机混合而成，并且其中海泡石和羟基磷灰石的最大粒径为5mm。

有机肥的成分为有机垃圾和饼粕的混合物，并且有机肥中的水分含量低于15.0wt％，有机质以干基计的含量为25.0wt％。

一种水田土壤修复剂，制备方法包括如下步骤：

1)将粘土矿物粉末与活性炭粉末放入搅拌设备中，在150r/min的转速下混合至均匀；

2)将步骤1中的混合物放入粉碎设备中进行粉碎处理，经过粉碎后混合物颗粒的粒径平均为0.1mm；

3)将步骤2中得到的混合物，投入去离子水中分散均匀并调节pH值，之后往混合液中依次加入活性氧化铝和聚丙烯酰胺，放入反应釜中在180℃下进行反应；

4)将步骤3中反应后得到的物料，放入烘干箱并在充入保护气体的条件下恒温干燥1.5h，而后冷却至室温；

5)将步骤4中经过烘干的物料与pH调节剂、重金属螯合剂和有机肥进行混合，制得的终产物用于制造水田土壤修复剂。

步骤1中搅拌混合的时间为16min，使用搅拌设备为三轴搅拌机。

步骤3中调节后的pH值为4。

步骤4中的烘干箱的干燥温度为130℃。

步骤4中保护气体为氦气与氩气按3:1体积混合。

步骤5中重金属螯合剂选用羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸按2:1的质量比共混后制得的混合物，pH调节剂选用氢氧化钾。

对上述实施例1～5中制备得到的水田修复剂，在水田中进行实际的测试实验，其中水田复剂的添加量为200kg/亩，对照组不添加修复剂，水田种植期间按正常方法进行田间管理，直至水稻收割。最后在水稻的种植结束后，对收获的水稻籽粒中含有的镍、镉重金属平均含量进行分析检测，得到如下表所示的数据。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种水田土壤修复剂，其特征在于，其中各原料成分按重量份计：活性氧化铝8～10份、粘土矿物粉末80～110份、聚丙烯酰胺5～10份、重金属螯合剂10～18份、活性炭粉末15～25份、pH调节剂2～4份和有机肥1～10份。

2.根据权利要求1所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于：所述粘土矿物粉末为硅藻土、钠基膨润土、海泡石和羟基磷灰石其中的一种或多种通过混合机混合而成，并且其中海泡石和羟基磷灰石的最大粒径为不超过6mm。

3.根据权利要求1所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于：所述有机肥的成分为有机垃圾、秸秆、畜禽粪便、饼粕和农副产品其中的一种或多种的混合物，并且有机肥中的水分含量低于30.0wt％，有机质以干基计的含量不少于25.0wt％。

4.根据权利要求1所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

1)将粘土矿物粉末与活性炭粉末放入搅拌设备中，在150r/min的转速下混合至均匀；

2)将步骤1中的混合物放入粉碎设备中进行粉碎处理，经过粉碎后混合物颗粒的粒径平均为0.1～0.3mm；

3)将步骤2中得到的混合物，投入去离子水中分散均匀并调节pH值，之后往混合液中依次加入活性氧化铝和聚丙烯酰胺，放入反应釜中在180℃下进行反应；

4)将步骤3中反应后得到的物料，放入烘干箱并在充入保护气体的条件下恒温干燥1.5～2h，而后冷却至室温；

5)将步骤4中经过烘干的物料与pH调节剂、重金属螯合剂和有机肥进行混合，制得的终产物用于制造水田土壤修复剂。

5.根据权利要求4所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于：所述步骤1中搅拌混合的时间为15～20min，使用搅拌设备为三轴搅拌机、摇摆式混合搅拌机或者行星搅拌机。

6.根据权利要求4所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于：所述步骤3中调节后的pH值为3～5。

7.根据权利要求4所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于：所述步骤4中的烘干箱的干燥温度为120～135℃。

8.根据权利要求4所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于：所述步骤4中保护气体选自氮气、氦气和氩气其中的一种或者几种的混合物，优选的为氦气与氩气按3:1体积混合。

9.根据权利要求4所述的一种水田土壤修复剂，其特征在于：所述步骤5中重金属螯合剂选用羟乙基乙二胺三乙酸与二羟乙基甘氨酸按2:1的质量比共混后制得的混合物，pH调节剂选用氢氧化钾或过磷酸钙。