CN110003913A - 一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂及修复方法 - Google Patents

一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂及修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明“一种基于氧化镁‑蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂及修复方法”属于土壤修复技术领域。所述重金属土壤修复剂，包括：氧化镁‑蒙脱石复合材料和生物炭；所述蒙脱石为层状结构；所述氧化镁‑蒙脱石复合材料为氧化镁负载在蒙脱石的表面和层间的材料。本发明的土壤修复剂及修复方法有重金属稳定效果好，且经济成本低廉，环境友好等特点，对重金属均有良好的修复效果。

Description

一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤 修复剂及修复方法
技术领域
本发明属于重金属土壤修复技术领域，尤其涉及一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂及修复方法。
背景技术
采矿，矿石冶炼，城市化进程等人类活动导致了Cd、Pb、Cu、Zn重金属进入自然和人类社会，影响了水体，土壤，农作物。在前十年的土壤调查中，重金属污染土壤分布的范围广，污染土壤占比高。中国土壤重金属污染的概率约为16.67％，这意味着中国1/6的耕地可能受重金属污染的影响；耕地总面积分别为68.12％,15.22％,14.49％,1.45％和0.72％，分别为清洁，相对清洁，轻度污染，中度污染，严重污染的土地比例。Cd污染的概率约为25.20％，显著超过其他重金属的污染水平。重金属污染土壤中重金属转移土壤生态圈或植物都增加了人体接触重金属的机率。据调查当土壤中重金属含量过高时，会造成农作物的严重污染和减产，中国每年因重金属污染造成的粮食损失达到2200多万吨。而水稻作为中国主要口粮，人均消费占到口粮作物的60％。在2013年的“镉大米”事件中，更是把土壤重金属污染现状和危害曝光到群众面前。为了实现土壤可清洁利用，保障食品安全，土壤重金属的修复是亟待解决的。
土壤修复过程中，目前存在的技术分异位和原位修复技术为两大类，钝化修复技术可用于异位修复和原位修复当中。钝化技术是指向污染土壤中加入一种或多种钝化修复剂，用于改变污染物质在土壤中的化学形态和存在状态，降低污染物在土壤中的可移动性和生物有效性，从而减小这些重金属污染物对环境受体的毒性，达到修复污染土壤的目的。土壤环境生态环境复杂，钝化修复剂输入后难以与土壤分离。所以在选择修复剂要避免带入新的有害物质，在关注修复材料在修复土壤污染物，同时关注修复材料是对土壤的其他的理化性质的影响。生物炭作为一种常用的土壤修复剂，有着促进土壤微生物活性，保持土壤的营养元素的特性。还有制备简单，经济适用等优点。金属氧化物稳定重金属机制是释放OH-与重金属形成沉淀，但MgO的高pH和电导率(EC)会给植物带来伤害导致植物不能存活。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂及其修复重金属污染土壤的方法，可重点降低土壤中Cd、Cu、Pb重金属同时保持土壤的合理的EC，pH值，增加土壤的水溶性碳含量。弥补MgO单独添加不能使水稻存活的缺陷，并降低水稻体内Cd值。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂，包括：氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭；所述蒙脱石为层状结构；所述氧化镁-蒙脱石复合材料为氧化镁负载在蒙脱石的表面和层间的材料。
所述氧化镁-蒙脱石复合材料在重金属土壤修复剂中的占比为10～40wt％，所述生物炭在重金属土壤修复剂中的占比为60～90wt％。
所述氧化镁-蒙脱石复合材料的平均粒径为268.83～300.07nm，比表面积20.07～40.79m2/g，主要孔径分布在26.77～50.83nm，材料pH值为10.0～10.5；所述生物炭的表面积为235.31～280.71m2/g，孔径主要分布在2.10～10.08nm，总碳含量为760～890g/kg，材料pH值为9.2～9.5。具有上述物理性质参数的氧化镁-蒙脱石复合材料是有利于稳定土壤EC，pH。
一种重金属土壤修复方法，其特征在于，采用所述的重金属土壤修复剂处理重金属土壤。
所述重金属土壤修复剂相对于重金属污染土壤的添加量为3-5wt％。
所述重金属土壤修复的修复时间为120～150天。
所述重金属土壤包括人工污染的镉单一污染土壤和镉、铜和铅复合污染土壤，浓度都为土壤环境质量标准GB15618-2008国标农业用地二级水田的三倍，镉、铜和铅复合污染土壤浓度为1.2～2.0mg/kg,200～250mg/kg,1000～1200mg/kg。
一种降低植物体内重金属含量的方法，其特征在于，在所述植物种植期间，采用所述的重金属土壤修复剂处理种植所述植物的土壤，和/或，采用所述的重金属土壤修复方法修复种植所述植物的土壤。
所述植物为水稻；种植期间土壤覆水1～4cm。
所述水稻种植过程均不加入肥料。
一种利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复重金属土壤的方法，包括以下步骤：
将氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭与重金属污染土壤充分混合，并同时种植水稻。使氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭与土壤中的重金属发生反应，使重金属形成稳定的残渣态，减少重金属的移动率，减少水稻体内重金属含量，完成对重金属土壤的修复；利用氧化镁-蒙脱石复合材料。制备成功后，按照一定比例与生物炭混合修复重金属污染土壤。氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭与改变土壤理化性质，并与土壤中的重金属发生反应，使土壤重金属形成稳定的化学形态，完成对重金属土壤的修复。
上述的利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复重金属土壤的方法，其特征在于，所述氧化镁-蒙脱石的平均粒径为268.83～300.07nm，比表面积20.07～40.79m2/g，主要孔径分布在26.77～50.83nm，材料pH值为10.0～10.5。生物炭表面积为235.31～280.71m2/g，孔径主要分布在2.10～10.08nm，总碳含量为760～890g/kg，材料pH值为9.2～9.5。
上述的利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复重金属土壤的方法，其特征在于，所述氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭对于重金属污染土壤的添加量为3-5wt％，氧化镁-蒙脱石复合材料占有10～40wt％，生物炭占有60～90wt％。修复时间为120～150天。
上述的利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复重金属土壤的方法，其特征在于，修复期间土壤覆水1～4cm，并种植泰优系列水稻。
上述的利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复重金属土壤的方法，其特征在于，所述重金属污染土壤包括人工污染的镉单一污染土壤和镉、铜和铅复合污染土壤，浓度都为土壤环境质量标准GB15618-2008国标农业用地二级水田的三倍，镉、铜和铅复合污染土壤浓度为1.2～2.0mg/kg,200～250mg/kg,1000～1200mg/kg。
上述的利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复重金属土壤的方法，其特征在于，所述水稻种植过程均不加入肥料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明利用利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭对重金属土壤进行修复，该混合使用的氧化镁-蒙脱石的平均粒径为268.83～300.07nm，比表面积20.07～40.79m2/g，主要孔径分布在26.77～50.83nm。生物炭表面积为235.31～280.71m2/g，孔径主要分布在2.10～10.08nm，总碳含量为150～250g/kg。孔径作为重金属吸附的重要条件，复合材料在孔径的分布上互相补足，为混合添加后对重金属的吸附提供有利的物理结构条件。负载氧化镁的蒙脱石能提供更多氢氧根离子，使金属在其表面发生共沉淀反应，增加氧化镁-蒙脱石复合材料对重金属的吸附。蒙脱石本身也能提供永久电荷，从而通过离子交换和静电作用吸附重金属。生物炭的混合加入提供了氧化镁-蒙脱石复合材料本身缺少的吸附机制。生物炭中含有的有机物成分提供羟基，羧酸基，与重金属发生螯合反应。因此氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭能有效将土壤中的离子态的重金属吸附和固定，减少Cd重金属在水稻里的含量。同时氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭互补的孔径吸附不同水合半径的重金属。
2、氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭除了具有较强的重金属稳定作用，其施加入土壤后还能起到改善土壤理化性质的作用，相比单独加入氧化镁-蒙脱石复合材料，能使土壤pH值的维持在更好的合理范围，增加了土壤水溶性碳含量，降低了单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料混合的土壤电导率。这是因为：所述氧化镁-蒙脱石的复合材料pH值为10.0～10.5。生物炭总碳含量为760～890g/kg，材料的pH值为9.2～9.5。生物炭有着更加对土壤合理的pH值，且生物炭中的有机物会中和一部分氧化镁-蒙脱石的复合材料释放的氢氧根。同时生物炭相比无机材料氧化镁-蒙脱石的复合材料有着更高的含碳量，这是有助于土壤有机质的提高，更有利于水稻的生长。生物炭的添加，有机物的提高，吸附基盐离子和重金属离子，使得相比单独添加氧化镁-蒙脱石的复合材料的土壤有着更低的EC值。
3、氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭主要成分氧化镁、生物炭和蒙脱石，均为无毒、绿色、低成本、环保的材料，施加入土壤后不会对土壤环境带来毒害作用。且修复成本比氧化镁-蒙脱石复合材料更低。
本发明发现生物炭具有更好的生物活性，能够降低MgO输入土壤后土壤的EC和pH的提高，同时增加土壤的水溶性碳(WSOC)。并且，MgO和生物炭混合使用施用土壤在修复土壤重金属污染的同时，维持土壤EC，pH等理化性质在合理范围，和增加土壤的水溶性碳，同时达到对重金属修复的作用。
本发明公开了一种利用氧化镁-蒙脱石复合材料和混合生物炭修复重金属土壤的方法，包括以下步骤：使用为36.77nm，比表面积20.07m2/g氧化镁-蒙脱石复合材料。按照一定比例与生物炭混合修复重金属污染土壤。氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭相比氧化镁-蒙脱石复合材料的添加更具有与单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料对Cd，Pb和Cu重金属有着同样的修复效果。同时加入生物炭的处理组使得土壤pH的范围更加合理，降低土壤EC值，不会造成水稻死亡的同时，降低水稻体内镉的含量。本发明的土壤修复剂有重金属稳定效果好，且经济成本低廉，环境友好等特点。对重金属均有良好的修复效果。
附图说明
图1为氧化镁-蒙脱石复合材料气体吸附等温线。
图2为生物炭的气体吸附等温线。
图3为氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的处理后水稻根、茎、叶和果实Cd含量对照图。
图4为不同添加量的硅酸镁-水热碳复合材料修复镉污染土壤后土壤pH值变化对照图。
图5为不同添加量的硅酸镁-水热碳复合材料修复复合重金属污染土壤后土壤pH值变化对照图。
图6为不同添加量的硅酸镁-水热碳复合材料修复镉污染土壤后土壤后土壤EC值变化对照图。
图7为不同添加量的硅酸镁-水热碳复合材料修复复合重金属污染土壤后土壤EC值变化对照图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
第1组实施例、本发明的重金属土壤修复剂
本组实施例提供一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂，包括：氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭；所述蒙脱石为层状结构；所述氧化镁-蒙脱石复合材料为氧化镁负载在蒙脱石的表面和层间的材料。
在具体的实施例中，所述氧化镁-蒙脱石复合材料在重金属土壤修复剂中的占比为10～40wt％，所述生物炭在重金属土壤修复剂中的占比为60～90wt％。
在更具体的实施例中，所述氧化镁-蒙脱石复合材料的平均粒径为268.83～300.07nm，比表面积20.07～40.79m2/g，主要孔径分布在26.77～50.83nm，材料pH值为10.0～10.5；所述生物炭的表面积为235.31～280.71m2/g，孔径主要分布在2.10～10.08nm，总碳含量为760～890g/kg，材料pH值为9.2～9.5。具有上述物理性质参数的氧化镁-蒙脱石复合材料是有利于稳定土壤EC，pH。
第2组实施例、本发明的重金属土壤修复方法
本组实施例提供一种重金属土壤修复方法，其特征在于，采用第1组实施例任一所述的重金属土壤修复剂处理重金属土壤。
在具体的实施例中，所述重金属土壤修复剂相对于重金属污染土壤的添加量为3-5wt％。
在一些实施例中，所述重金属土壤修复的修复时间为120～150天。
在具体的实施例中，所述重金属土壤包括人工污染的镉单一污染土壤和镉、铜和铅复合污染土壤，浓度都为土壤环境质量标准GB15618-2008国标农业用地二级水田的三倍，镉、铜和铅复合污染土壤浓度为1.2～2.0mg/kg,200～250mg/kg,1000～1200mg/kg。
第3组实施例、本发明降低植物体内重金属含量的方法
本组实施例提供一种降低植物体内重金属含量的方法，其特征在于，在所述植物种植期间，采用第1组实施例任一所述的重金属土壤修复剂处理种植所述植物的土壤，和/或，采用第2组实施例任一所述的重金属土壤修复方法修复种植所述植物的土壤。
在一些实施例中，所述植物为水稻；种植期间土壤覆水1～4cm。这样的覆水条件适合水稻的生长环境。
在另一些实施例中，其特征在于，所述水稻种植过程均不加入肥料。不加肥料的好处是避免肥料影响生物炭和氧化镁之间的相互作用。
第4组实施例、本发明的重金属土壤修复剂的制备方法
本组实施例提供第1组实施例任一项所述的重金属土壤修复剂的制备方法，其特征在于，将所述氧化镁-蒙脱石复合材料与生物炭混合。
在具体的实施例中，所述氧化镁-蒙脱石复合材料由以下方法制得：
(1)将蒙脱石超声分散到水中，得到蒙脱石分散液；
(2)将氯化镁加入到步骤(1)所得的蒙脱石分散液中，用氢氧化钠溶液调节混合溶液pH到10，老化12小时，清洗、过滤得到沉淀产物；
(3)将步骤(2)所得的沉淀产物放入坩埚内，于400摄氏度马弗炉中煅烧4小时，取出后得到产物氧化镁-蒙脱石。
在更具体的实施例中，本发明用到的氧化镁-蒙脱石复合材料，采用以下方法制得：
(a)将50g蒙脱石加入到450ml去离子水中，超声处理1h，得到蒙脱石分散液；将108.75g六水氯化镁溶于一定量去离子水中，然后转入蒙脱石分散液，磁力搅拌2h，得到混合液。往混合液中滴加2mol/L NaOH溶液，调节pH至10，随后老化12h，所得溶液经过滤得到固体，用水洗三遍，离心后在60℃烘干24h，得到氢氧化镁-蒙脱石。
(b)将得到的氢氧化镁-蒙脱石转入坩埚内，放入马弗炉中，在400℃下煅烧4h，最终得到产物氧化镁-蒙脱石。
上述实施例中用到的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭特征为：
图1和图2为所得的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭的气体吸附等温线图，由图可见，氧化镁-蒙脱石的平均粒径为298.83nm，比表面积20.07m2/g，平均孔径分布在36.77nm。生物炭表面积为235.31m2/g，平均孔径分布在2.10nm。
实验例1：
一种本发明的利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)镉污染土壤制备：试验土壤采集自长沙湖南农业大学耘园基地，通过人为投加镉溶液的方法配制镉污染土壤，将镉污染的土壤在25℃恒温培养两个月，使镉形态趋于稳定。经石墨炉消解法测量土壤中总镉含量为1.2mg/kg。随后进行土壤修复实验。
(2)镉污染土壤修复：准备15个塑胶花盆，将步骤(1)稳定后的镉污染土壤以4kg的量加入每个塑胶花盆，其中，第一组中加不添加任何修复剂，作为空白对照组。第二组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料，均匀混合；第三组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为1:9，均匀混合；第四组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为2:8，均匀混合；第四组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为4:6，均匀混合。不同配比的材料用量如表1所示。去离子水分别给五组镉污染土壤补充水分，使镉污染土壤水分保持覆水量在1～5cm。每个塑料盆中种植棵泰优系列水稻7天后，测量土壤Cd的提取率。固定率＝(空白处理组重金属含量-处理组重金属含量)/空白对照组重金属含量，结果如表2所示。150天后采集水稻，去离子水洗净烘干，把水稻分为根茎叶和果实四个部分，用石墨炉消解法测植物体内Cd的浓度(mg/kg)如图所示。
表1不同添加量的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭用量
表2不同添加量的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭对Cd固定率效果对比表
如表2所示，修复150天后，投加修复剂的土壤中TCLP提取态的镉有明显减少，且提取态的镉在单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料和氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭比例为4:6时明显善土壤质量。单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料，修复效果达到了12.77％,氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭比例为4:6时为22.28％。说明该修复剂在混合施用生物炭的条件下都达到单独施用氧化镁-蒙脱石复合材料修复土壤Cd重金属污染的效果，甚至优于单独施用氧化镁-蒙脱石复合材料的效果。
单独施加氧化镁-蒙脱石复合材料中的水稻没有存活，说明单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料不适合水稻生长。如图3所示氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的处理后水稻根、茎、叶和果实Cd含量对照可知，随着氧化镁-蒙脱石复合材料的添加量增多，水稻根茎叶的Cd含量减少。在处理5中，观察到水稻的根，茎，叶每个部分Cd含量的最大降低，并且在根部Cd减少最多。
实验例2：
一种本发明的利用氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭修复复合重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)复合重金属污染土壤制备：通过人为投加镉、铅、铜和锌溶液的方法配制镉污染土壤，将镉污染的土壤在25℃恒温培养两个月，使重金属形态趋于稳定。经石墨炉消解法测量土壤中总镉、总铅和总铜总锌含量分别为为1.5mg/kg、1198.6mg/kg、208.6mg/kg。随后进行土壤修复实验。
(2)复合重金属污染土壤修复：准备四组同重量的步骤(1)的复合重金属污染土壤，其中，第一组中加不添加任何修复剂，作为空白对照组。第二组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料，均匀混合；第三组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为1:9，均匀混合；第四组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为2:8，均匀混合；第四组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为4:6，均匀混合。不同配比的材料用量如表1所示。去离子水分别给五组镉污染土壤补充水分，使镉污染土壤水分保持覆水量在1～5cm。每个塑料盆中种植棵泰优系列水稻7天后，测量土壤Cd的提取率。固定率＝(空白处理组重金属含量-处理组重金属含量)/空白对照组重金属含量，结果如表3所示。
表3不同添加量的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭修复后对土壤中各重金属的固定效果对照表
由表3可以看出，修复后的土壤中酸提取态的重金属镉、铜、铅的含量减少最多的是处理2和处理3。处理2对镉、铜、铅的固定率为8.75％～18.47％，处理3对镉、铜、铅的固定率为14.56％～32.30％。添加氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭对铅的处理效果显著。混合处理中氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭的比例为1：9时对效果最好。说明该氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭可以应用于复合重金属污染土壤的修复，尤其是铜，铅，镉的复合污染的土壤。氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭为1：9时对重金属修复效果最好。
实验例3：氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭对土壤修复理化性质的研究
准备三组同重量的实施例1步骤(1)稳定后的镉污染土壤，其中，第一组中加不添加任何修复剂，作为空白对照组。第二组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料，均匀混合；第三组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为1:9，均匀混合；第四组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为2:8，均匀混合；第四组中加入镉污染土壤重量5％的氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭，氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭之间的质量比为4:6，均匀混合。用去离子水分别给三组镉污染土壤补充水分，使镉污染土壤水分保持覆水量在1～5cm。稳定30天后，用水作溶剂提取其水溶态有机碳的含量，并用TOC仪进行检测，结果如表4所示。用pH计测定土壤的pH如图4所示，EC计测量EC结果如图5所示。
表4氧化镁-蒙脱石复合材料添加和混合添加生物炭后单一镉污染和复合重金属污染土壤中水溶性碳含量
由表3可以看出单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料，对土壤的水溶性碳的影响很小，但混合生物炭加入之后，在镉污染土壤中，土壤中水溶性碳的含量随着生物炭用量的增加而增加。各处理中的复合污染土壤中水溶性碳含量随着重金属污染程度的增加而减少，处理3水溶性碳减少幅度最大，减少了38.6mg/kg。
由图4和5可以看出，氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的土壤修复剂添加后土壤的pH值发生了变化，两种酸性土壤的pH值都增加。说明土壤修复剂可以提高土壤的pH值，土壤pH值的上升有利于重金属在土壤中的固定，一般来说，土壤pH值稳定在7-8，可交换态的重金属离子在这一酸碱度环境中最易与氧化镁-蒙脱石复合材料中的镁离子发生置换反应，从而使重金属离子被固定钝化，能够使土壤中游离的重金属离子的含量降低，达到修复重金属土壤的目的。但是单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料的土壤的pH值快接近盐碱化土壤pH值(9-10)，添加氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的土壤修复剂后土壤pH值降低，这是对土壤有利的。
由图6和7可以看出，氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的土壤修复剂添加后以后土壤的EC值发生了变化。单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料的土壤的EC值超过了污染土壤的EC值，这是因为，复合材料中的氧化镁遇到土壤中的水会释放出氢氧根离子以及镁离子，随着离子浓度增加，土壤EC值升高，在高离子浓度环境下，植物细胞会发生反渗透现象，这样会破坏细胞膜结构，使重金属更加容易进入植物细胞，与细胞膜，细胞核结合，造成细胞伤害，增加毒性，甚至死亡；同时由于氢氧根离子的升高导致的碱性增加也会溶解细胞壁，这也是单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料时为什么水稻不存活的原因之一。而添加氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的土壤修复剂减少了土壤EC值，这样的结果是有利于土壤重金属毒性的减少。由表4可知，添加氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的土壤修复剂不仅能合适的增加土壤的pH值，同时也增加了土壤中水溶性碳的含量，为植物的生长提供更多的有机物质，这说明氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的土壤修复剂对土壤的理化性质有积极的影响，并且比单独添加氧化镁-蒙脱石复合材料效果更好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于氧化镁-蒙脱石复合材料混合生物炭的重金属土壤修复剂，包括：氧化镁-蒙脱石复合材料和生物炭；所述蒙脱石为层状结构；所述氧化镁-蒙脱石复合材料为氧化镁负载在蒙脱石的表面和层间的材料。
2.根据权利要求1所述的重金属土壤修复剂，所述氧化镁-蒙脱石复合材料在重金属土壤修复剂中的占比为10～40wt％，所述生物炭在重金属土壤修复剂中的占比为60～90wt％。
3.根据权利要求1或2所述的重金属土壤修复剂，所述氧化镁-蒙脱石复合材料的平均粒径为268.83～300.07nm，比表面积20.07～40.79m2/g，主要孔径分布在26.77～50.83nm，材料pH值为10.0～10.5；所述生物炭的表面积为235.31～280.71m2/g，孔径主要分布在2.10～10.08nm，总碳含量为760～890g/kg，材料pH值为9.2～9.5。具有上述物理性质参数的氧化镁-蒙脱石复合材料是有利于稳定土壤EC，pH。
4.一种重金属土壤修复方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述的重金属土壤修复剂处理重金属土壤。
5.根据权利要求4所述的重金属土壤修复方法，其特征在于，所述重金属土壤修复剂相对于重金属污染土壤的添加量为3-5wt％。
6.根据权利要求4或5所述的重金属土壤修复方法，其特征在于，所述重金属土壤修复的修复时间为120～150天。
7.根据权利要求4-6任一所述的重金属土壤修复方法，其特征在于，所述重金属土壤包括人工污染的镉单一污染土壤和镉、铜和铅复合污染土壤，浓度都为土壤环境质量标准GB15618-2008国标农业用地二级水田的三倍，镉、铜和铅复合污染土壤浓度为1.2～2.0mg/kg,200～250mg/kg,1000～1200mg/kg。
8.一种降低植物体内重金属含量的方法，其特征在于，在所述植物种植期间，采用权利要求1-3任一所述的重金属土壤修复剂处理种植所述植物的土壤，和/或，采用权利要求4-6任一所述的重金属土壤修复方法修复种植所述植物的土壤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述植物为水稻；种植期间土壤覆水1～4cm。
10.根据权利要求9所述的重金属土壤修复方法，其特征在于，所述水稻种植过程均不加入肥料。
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