CN110484270B - 一种土壤修复剂、土壤修复材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土壤修复剂、土壤修复材料及制备方法，所述土壤修复剂的原料包括生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉、黄腐酸盐、碳酸铵与添加剂。本发明通过生物质炭与硫铁矿烧渣的反应，使硫铁矿烧渣中的铁还原，使Fe³⁺与Fe²⁺能够与沸石、蛭石以及凹凸棒粉中的Si⁴⁺进行交换，从而提高所得土壤修复剂的阳离子交换能力；而且，所述土壤吸附剂能够负载较多的营养物质，能够使添加剂缓慢释放，由土壤修复剂制备得到的土壤修复材料能够使有效地改善土壤的透气性与持水率。

Description

一种土壤修复剂、土壤修复材料及制备方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种土壤修复技术，尤其涉及一种土壤修复剂、土壤修复材料及制备方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然资源，土壤的组成是固相、液相、气相三类物质，主要包括矿物质、有机质、水分、空气和微生物。健康的土壤中应包括45％左右的矿物质、25％左右的空气、25左右的水、5％左右的有机质和1％左右的微生物。然而，由于土壤上作物栽培长期处于高集约化、高复种指数、肥料高投入的状态，造成了作物产量下降、土壤次生盐渍化、土壤酸化、养分失衡等一系列的土壤障碍。

对土壤的治理方法主要包括工程修复法和织物修复法，其中，工程修复法包括改土法、电动修复、土壤淋洗和热处理等方法，工程治理措施适用于污染面积小、严重污染物且易扩散的土壤效果较为明显，能够从根本上改良土壤，但是治理成本高，容易产生二次污染；而植物修复技术成本低，可提高土壤有机质含量和土壤肥力，但植物对重金属污染物的耐性有限，只适用于中等污染程度的土壤修复，对于多种金属和有机物的复合污染效果修复不佳。

为了解决土壤污染的问题，CN 108587636 A公开了一种调节土壤酸碱度缓解土壤盐渍化的土壤调节剂及其之别方法，所述土壤调节剂按重量份数计包括：25-65份发酵蘑菇渣、15-45份草木碳、5-25份牡蛎壳粉、3-15份黄腐酸钾、2-10份海藻精以及1.5-11份芽孢杆菌。CN 103641658 A公开了一种土壤调理型肥料及其制备方法，所述土壤调理型肥料按照重量份数计包括：32-36份菜籽饼、22-24份糠醛渣、20-24份石膏、19-23份石灰、4-6份蛭石、3-5份钼尾矿、5-7份白云石、9-11份硅藻土、7-10份无烟煤、4-5份硝酸铵钙、2-3份硫酸铜、1-2份硫酸锌、1-2份硫酸亚铁、1-3份硫酸锰、3-6份腐殖酸盐、12-13份土壤料理计以及适量的水。上述方法能够为修复土壤提供一定的营养物质，但不利于养分的长时间保存，且对于土壤理化性质的改善效果较小。

CN 205389693 U公开了一种利用矿渣制备的人造土壤快，包括锁水模块和支撑锁水模块的支撑模块，所述锁水模块由流化床粉煤灰制得，所述锁水模块设置于支撑模块顶部，所述锁水模块和支撑模块均设置于自然土壤内，可长时间保存自然土壤内的液体。CN1084672326 A公开了一种具有土壤改良作用的凹凸棒基肥料增效剂，该增效剂利用了凹凸棒自身的表面活性、吸附性、催化性、过滤作用、离子交换作用、络合作用和静电作用来调节土壤的pH值，并能够改善土壤的理化性质，降低土壤容重。上述产品虽然能够改善土壤的理化性质，但改善效果有限。

硫铁矿是生产硫酸的重要原料。目前，主要采用硫铁矿氧化焙烧-烟气制酸工艺来生产硫酸，国内大部分硫铁矿烧渣的铁含量在56wt％以下，其中的绝大部分以磁铁矿和赤铁矿的形态存在，而SiO₂的含量随产地不同，波动很大，且以游离的SiO₂为主，因此，硫铁矿烧渣远不能满足铁矿石的品质要求，很难直接作为炼铁原料。大量无法得到回收利用的硫铁矿烧渣主要采用堆存的方式进行处理，不仅造成的大量的资源浪费，还会对土壤、水体以及大气造成不同程度的污染和破坏。

因此，提供一种以硫铁矿烧渣为原料的土壤修复剂，并提供一种应用该土壤修复剂的土壤修复材料，不仅能够解决硫铁矿烧渣堆放产生的问题，还能够对土壤的理化性质进行修复，具有重要的环保价值与工业应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤修复剂、土壤修复材料及制备方法，所述土壤修复剂中添加硫铁矿烧渣，不仅利用硫铁矿烧渣提供载体，还能解决硫铁矿烧渣堆积造成的环境污染问题。所述土壤修复材料利用特定的特殊结构，使土壤修复剂中的营养物质能够更好地与土壤接触，从而更好地改善土壤的理化性质。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种土壤修复剂，以重量份数计，所述土壤修复剂的原料包括：

所述硫铁矿烧渣是采用硫铁矿或含硫尾砂作原料生产硫酸过程中所排出的一种废渣，主要成分是铁、氧化亚铁和二氧化硅。硫酸铁烧渣与生物质炭相互配合，通过生物质炭的还原作用，使硫酸铁烧渣产生海绵铁结构，并在蛭石、沸石的共同作用下，提高所述土壤修复剂吸附土壤中重金属的功效，并使所述土壤修复剂能够改善土壤的透气性与持水率。

为了使所述土壤修复剂中各原料相互配合，所述土壤修复剂中生物质炭的含量为10-30份，例如可以是10份、12份、15份、18份、20份、22份、24份、25份、27份、28份或30份，优选为15-25份；所述生物质炭包括但不限于植物秸秆和/或果壳制备得到的生物质炭。

所述硫铁矿烧渣的含量为10-20份，例如可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份，优选为12-16份。

所述蛭石具有良好的阳离子交换性和吸附性，可调理土壤的结构，使酸性土壤变为中性土壤，还能使所述土壤修复剂中的营养物质缓慢释放，蛭石与凹凸棒、硫铁矿烧渣相互配合，能够通过离子交换的方法修复土壤重金属污染的问题。本发明所述蛭石的重量份数为3-8份，例如可以是3份、4份、5份、6份、7份或8份，优选为4-6份。

所述沸石是沸石族矿物的总称，是一种具有吸附性、离子交换性的材料，本发明通过沸石、蛭石与硫铁矿烧渣、生物质炭的混合，提高了生物质炭与硫铁矿烧渣的作用效果，使硫铁矿烧渣能够形成更多的海绵铁结构；同时，沸石还能为所述土壤修复剂中的营养物质提供载体。所述沸石的重量份数为3-8份，例如可以是3份、4份、5份、6份、7份或8份，优选为4-6份。

所述凹凸棒粉使含水富镁硅酸盐黏土矿物，具有独特的层链状晶体结构和十分细小的棒状、纤维状晶体形态，且凹凸棒粉中的理论化学式为Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH)₄·4H₂O，其中的Si⁴⁺能够被少量的Fe³⁺离子替代，从而使凹凸棒粉能够带少量的负电荷，从而可以提高凹凸棒粉吸附土壤中重金属的能力。凹凸棒粉能够改变土壤的理化生性状，降低土壤容量，促进土壤凝胶状态的形成，增强土壤透气性，吸附土壤中有害重金属，抑制病虫害，考虑到凹凸棒粉与硫铁矿烧渣之间的协同配合关系，本发明所述凹凸棒粉的重量份数为15-30份，例如可以是15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份或30份，优选为20-25份。

所述黄腐酸盐的重量份数为5-10份，例如可以是5份、6份、7份、8份、9份或10份，优选为6-8份。

所述碳酸铵的重量份数为1-6份，例如可以是1份、2份、3份、4份、5份或6份，优选为2-4份。

所述添加剂的重量份数为2-8份，例如可以是2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份，优选为3-6份。

优选地，所述添加剂包括钠盐、钾盐、镁盐、锌盐、铁盐或磷酸盐中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括钠盐与钾盐的组合，钠盐与镁盐的组合，钠盐与锌盐的组合，钾盐、镁盐与铁盐的组合，钠盐、钾盐、镁盐与铁盐的组合或钠盐、钾盐、镁盐、锌盐、铁盐与磷酸盐的组合。

优选地，所述钠盐包括氯化钠、硫酸钠或磷酸钠中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化钠与硫酸钠的组合，硫酸钠与磷酸钠的组合，氯化钠与磷酸钠的组合或氯化钠、硫酸钠与磷酸钠的组合。

优选地，所述钾盐包括氯化钾、硫酸钾或磷酸钾中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化钾与硫酸钾的组合，硫酸钾与磷酸钾的组合，氯化钾与磷酸钾的组合或氯化钾、硫酸钾与磷酸钾的组合。

优选地，所述镁盐包括氯化镁、硫酸镁或磷酸镁中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化镁与硫酸镁的组合，硫酸镁与磷酸镁的组合，氯化镁与磷酸镁的组合或氯化镁、硫酸镁与磷酸镁的组合。

优选地，所述锌盐包括氯化锌、硫酸锌或磷酸锌中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化锌与硫酸锌的组合，硫酸锌与磷酸锌的组合，氯化锌与磷酸锌的组合或氯化锌、硫酸锌与磷酸锌的组合。

优选地，所述铁盐包括氯化铁、硫酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、磷酸铁或磷酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化铁与硫酸铁的组合，氯化铁与氯化亚铁的组合，硫酸铁与硫酸亚铁的组合或氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁与硫酸亚铁的组合。

优选地，所述黄腐酸盐包括黄腐酸钠和/或黄腐酸钾。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到混合粉料；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍配方量的碳酸铵，干燥后，在惰性气氛下进行焙烧，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸盐以及添加剂混合后进行水热反应，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂。

本发明通过在碳酸铵存在的条件下进行焙烧，使焙烧过程伴随着碳酸铵的分解过程，从而提高了硫铁矿烧渣与生物质炭的作用效果，也通过碳酸铵分解改善了蛭石、沸石、凹凸棒粉的孔道结构，为后续与黄腐酸盐以及添加剂的混合吸收提供了结构基础。

优选地，步骤(1)所述球磨所得混合粉料的粒径D50为30-200μm，例如可以是30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm。所述球磨的方法为常规球磨的方法，本发明不再对球磨的参数做进一步的限定。

优选地，步骤(2)所述焙烧的温度为700-800℃，例如可以是700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃或800℃；焙烧的时间为1-3h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h或3h。

优选地，步骤(2)所述惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，步骤(3)所述水热反应的温度为100-150℃，例如可以是100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃；时间为30-60min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。

作为本发明第二方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为30-200μm的混合粉料；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍配方量的碳酸铵，干燥后，在惰性气氛下进行焙烧，焙烧的温度为700-800℃，焙烧的时间为1-3h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸盐以及添加剂混合后进行水热反应，水热反应的温度为100-150℃，时间为30-60min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂。

第三方面，本发明提供了一种土壤修复材料，所述土壤修复材料包括膨胀基体以及套设于所述膨胀基体上的功能层；

所述膨胀基体包括至少两层膨胀层，所述功能层套设于所述膨胀基体的最外侧膨胀层；

所述功能层上浸渍有如第一方面所述的土壤修复剂。

本发明提供的土壤修复材料包括膨胀层与功能层，在应用所述土壤修复材料时，膨胀层膨胀，使功能层与土壤充分接触，并且通过膨胀能够改善土壤的局部透气性与持水性。随着所述土壤修复材料功能层的分解，功能层中浸渍的土壤修复剂缓慢释放，从而增加所述土壤修复材料的作用时间，提高土壤的改良效果。

优选地，所述膨胀层的材质包括脱脂棉、无纺布或弹性纤维中的任意一种，典型但非限制性的组合包括脱脂棉与无纺布的组合，脱脂棉与弹性纤维的组合，无纺布与弹性纤维的组合或脱脂棉、无纺布与弹性纤维的组合，优选为脱脂棉。

脱脂棉在自然环境中能够分解，且脱脂棉的内部空间较大，具有足够的膨胀潜能。

优选地，所述膨胀基体的相邻两层膨胀层上分别独立地设置有酸组分与碱组分。

本发明通过使膨胀基体包括至少两层膨胀层，例如可以是2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层或9层，使相邻两层膨胀层分别独立地设置有酸组分与碱组分，当使用所述土壤修复材料时，酸组分与碱组分在土壤水分的作用下相互反应，产生气体与热量，使所述膨胀基体膨胀。

优选地，所述酸组分包括酒石酸和/或枸橼酸。

优选地，所述碱组分包括碳酸氢钾和/或碳酸氢钠。

优选地，所述功能层的材质包括脱脂棉、无纺布或弹性纤维中的任意一种，典型但非限制性的组合包括脱脂棉与无纺布的组合，脱脂棉与弹性纤维的组合，无纺布与弹性纤维的组合或脱脂棉、无纺布与弹性纤维的组合，优选为脱脂棉。

本发明所述土壤修复材料的大小在此不做限定，本领域技术人员可根据土壤粒径的大小，对土壤修复材料的大小进行合理地选择。

第四方面，本发明提供了一种如第三方面所述的土壤修复材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(a)将不同的膨胀层分别独立地浸渍于酸溶液与碱溶液中，干燥后得到分别浸渍有碱组分与酸组分的膨胀层；

(b)相邻设置步骤(a)所得浸渍有酸组分的膨胀层与浸渍有碱组分的膨胀层，得到膨胀基体；

(c)制备土壤修复剂浆料，并将功能层浸渍于土壤修复剂浆料中，干燥后得到负载有土壤修复剂的功能层；

(d)将步骤(c)所得负载有土壤修复剂的功能层套设于膨胀基体的最外层膨胀层，得到所述土壤修复材料。

步骤(c)所述制备土壤修复剂浆料包括如下步骤：将土壤修复剂与水混合，通过超声分散处理，得到分散均匀的土壤修复剂浆料。其中，超声分散处理的操作参数本发明不做限定，本领域技术人员可根据土壤修复剂浆料的浓度进行合理地选择。

本发明所述膨胀基体的形状包括但不限于圆柱形或立方体型，本领域技术人员可根据实际需要，对膨胀基体的形状进行合理地选择。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明使用硫铁矿烧渣为原料制备土壤修复剂，通过生物质炭、蛭石、沸石、凹凸棒粉与硫铁矿烧渣的协同作用，使生物质炭能够还原硫铁矿烧渣中的铁盐，并使硫铁矿烧渣中的Fe²⁺、Fe³⁺能够置换凹凸棒粉、蛭石以及沸石中的Si⁴⁺，提高所述土壤修复剂的阳离子交换能力，从而提高所述土壤修复剂处理重金属污染土壤的效果；

(2)本发明所述蛭石、沸石、凹凸棒粉具有优良的孔道结构，能够更好地承载营养成分，使土壤修复剂中的营养成分能够缓慢释放，提高所述土壤修复剂的作用时间；

(3)本发明所述土壤修复材料的结构简单，通过添加泡腾崩解剂，使所述土壤修复材料能够更好地与土壤接触，还能够改善土壤的透气性与持水率。

附图说明

图1为应用例1提供的土壤修复材料的结构示意图。

其中：1，膨胀层；2，功能层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为120μm的混合粉料，所述生物质炭为椰壳生物质炭，重量份数为20份，所述蛭石的重量份数为5份，所述沸石的重量份数为5份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为14份，所述凹凸棒粉的重量份数为22份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为3份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为750℃，焙烧的时间为2h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及磷酸钠混合后进行水热反应，水热反应的温度为130℃，时间为45min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为7份，所述磷酸钠的重量份数为5份。

实施例2

本实施例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为60μm的混合粉料，所述生物质炭为玉米秸秆生物质炭，重量份数为15份，所述蛭石的重量份数为4份，所述沸石的重量份数为4份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为12份，所述凹凸棒粉的重量份数为20份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为2份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为720℃，焙烧的时间为2.5h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钾以及磷酸铁混合后进行水热反应，水热反应的温度为120℃，时间为50min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钾的重量份数为6份，所述磷酸铁的重量份数为3份。

实施例3

本实施例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为150μm的混合粉料，所述生物质炭为核桃壳生物质炭，重量份数为25份，所述蛭石的重量份数为6份，所述沸石的重量份数为6份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为16份，所述凹凸棒粉的重量份数为25份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为4份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为770℃，焙烧的时间为1.5h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及磷酸钾混合后进行水热反应，水热反应的温度为140℃，时间为40min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为8份，所述磷酸钾的重量份数为6份。

实施例4

本实施例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为30μm的混合粉料，所述生物质炭为椰壳生物质炭，重量份数为30份，所述蛭石的重量份数为3份，所述沸石的重量份数为3份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为20份，所述凹凸棒粉的重量份数为15份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为6份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为700℃，焙烧的时间为3h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及添加剂混合后进行水热反应，水热反应的温度为150℃，时间为30min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为5份，所述添加剂的重量份数为2份，添加剂由硫酸钠、硫酸钾、氯化镁以及氯化锌组成。

实施例5

本实施例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为200μm的混合粉料，所述生物质炭为椰壳生物质炭，重量份数为10份，所述蛭石的重量份数为8份，所述沸石的重量份数为8份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为10份，所述凹凸棒粉的重量份数为30份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为1份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为800℃，焙烧的时间为1h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及添加剂混合后进行水热反应，水热反应的温度为100℃，时间为60min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为10份，所述添加剂的重量份数为8份，添加剂由硫酸钠、硫酸钾、氯化镁以及氯化锌组成。

对比例1

本对比例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为120μm的混合粉料，所述生物质炭为椰壳生物质炭，重量份数为21份，所述沸石的重量份数为7份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为15份，所述凹凸棒粉的重量份数为23份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为3份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为750℃，焙烧的时间为2h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及磷酸钠混合后进行水热反应，水热反应的温度为130℃，时间为45min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为7份，所述磷酸钠的重量份数为5份。

对比例2

本对比例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为120μm的混合粉料，所述生物质炭为椰壳生物质炭，重量份数为21份，所述蛭石的重量份数为7份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为15份，所述凹凸棒粉的重量份数为23份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为3份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为750℃，焙烧的时间为2h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及磷酸钠混合后进行水热反应，水热反应的温度为130℃，时间为45min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为7份，所述磷酸钠的重量份数为5份。

对比例3

本对比例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣，球磨，得到粒径D50为120μm的混合粉料，所述生物质炭为椰壳生物质炭，重量份数为30份，所述蛭石的重量份数为8份，所述沸石的重量份数为8份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为20份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为3份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为750℃，焙烧的时间为2h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及磷酸钠混合后进行水热反应，水热反应的温度为130℃，时间为45min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为7份，所述磷酸钠的重量份数为5份。

对比例4

本对比例提供了一种土壤修复剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为120μm的混合粉料，所述蛭石的重量份数为8份，所述沸石的重量份数为8份，所述硫铁矿烧渣的重量份数为20份，所述凹凸棒粉的重量份数为30份；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍重量份数为3份的碳酸铵，干燥后，在氮气气氛下进行焙烧，焙烧的温度为750℃，焙烧的时间为2h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸钠以及磷酸钠混合后进行水热反应，水热反应的温度为130℃，时间为45min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂，所述黄腐酸钠的重量份数为7份，所述磷酸钠的重量份数为5份。

对实施例1-5以及对比例1-4提供的土壤修复剂进行性能测试，配置浓度为0.8mg/L的六价铬溶液，按照液固比10:1混合六价铬溶液与实施例1-5以及对比例1-4提供的土壤修复剂，相同参数下搅拌、静置2h，固液分离后测定滤液中六价铬离子的浓度，所得结构如表1所示。

表1

由表1可知，本申请提供的土壤修复剂能够有效地吸收重金属，使用六价铬溶液进行测试时，实施例1-5提供的土壤修复剂的Cr去除率可达98.50％。

对比例1提供的土壤修复剂中并未添加蛭石，Cr的去除率由98.50％降低至89.50％；对比例2提供的土壤修复剂中并未添加沸石，Cr的去除率由98.50％降低至88.00％；对比例3提供的土壤修复剂中并未添加凹凸棒粉，Cr的去除率由98.50％降低至87.25％；对比例4提供的土壤修复剂中并未添加凹凸棒粉，Cr的去除率由98.50％降低至80.88％。

应用例1

本应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，所述土壤修复材料的结构如图1所示，包括两层膨胀层1以及套设于最外侧膨胀层1的功能层2，制备方法包括如下步骤：

(a)将两层不同的脱脂棉分别独立地浸渍于酒石酸溶液与碳酸氢钾溶液中，干燥后得到分别浸渍有碳酸氢钾与酒石酸的膨胀层1；

(b)相邻设置步骤(a)所得浸渍有碳酸氢钾的膨胀层1与浸渍有酒石酸的膨胀层1，得到膨胀基体；

(c)将实施例1制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料，并将脱脂棉浸渍于土壤修复剂浆料中，干燥后得到负载有土壤修复剂的功能层2；

(d)将步骤(c)所得负载有土壤修复剂的功能层2套设于膨胀基体的最外层膨胀层1，得到所述土壤修复材料。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

应用例2

本应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将实施例2制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

应用例3

本应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将实施例3制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

应用例4

本应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将实施例4制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

应用例5

本应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将实施例5制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

对比应用例1

本对比应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将对比例1制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

对比应用例2

本对比应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将对比例2制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

对比应用例3

本对比应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将对比例3制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

对比应用例4

本对比应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，除步骤(c)将对比例4制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料外，其余均与应用例1相同。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

对比应用例5

本应用例提供了一种土壤修复材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)相邻设置两层脱脂棉，得到基体；

(b)将实施例1制备得到的土壤修复剂制备为土壤修复剂浆料，并将脱脂棉浸渍于土壤修复剂浆料中，干燥后得到负载有土壤修复剂的功能层2；

(d)将步骤(c)所得负载有土壤修复剂的功能层2套设于基体的最外层膨胀层1，得到所述土壤修复材料。

最终所得土壤修复材料的平均直径为1cm，平均长度为3cm。

将应用例1-5以及对比应用例1-5中的土壤修复材料均匀施加于土壤中，施加的质量比例为200:1，使用JC-TR-M3检测土壤中的含水率，应用EN ISO 11276-2014的方法测定土壤的孔隙率，以为添加土壤修复材料的土壤为空白对照组。其中，土壤的初始含水率为3.7％，初始孔隙率为21％，每隔一周向土壤中施加等量的水，一个月后对土壤的含水率以及孔隙率进行测量，结果如表2所示。

表2

	含水率(％)	孔隙率(％)
			空白对照	6.7	18
应用例1	10.5	26
			应用例2	10.3	26
应用例3	10.2	26
			应用例4	10.3	25
应用例5	10.1	24
			对比应用例1	8.7	24
对比应用例2	8.6	25
			对比应用例3	8.2	24
对比应用例4	8.4	24
			对比应用例5	7.3	18

由表2可知，本发明提供的土壤修复材料能够改善土壤的孔隙率与含水率，相对于为添加土壤修复材料的土壤，本发明应用例1-5提供的土壤修复材料能够使土壤的含水率提高至10.5％，孔隙率提高至26％。由对比应用例5可知，未添加碱组分与酸组分，及基体无法膨胀时，土壤的含水率仅能提高至7.3％，而孔隙率并未得到改善。

综上所述，本发明提供了一种土壤修复剂、土壤修复材料及制备方法，所述土壤修复材料利用特定的特殊结构，使土壤修复剂中的营养物质能够更好地与土壤接触，从而更好地改善土壤的理化性质；所述土壤修复材料能够更好地与土壤接触，还能够改善土壤的透气性与持水率。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (19)

1.一种土壤修复材料，其特征在于，所述土壤修复材料包括膨胀基体以及套设于所述膨胀基体上的功能层；

所述膨胀基体包括至少两层膨胀层，所述功能层套设于所述膨胀基体的最外侧膨胀层；所述膨胀基体的相邻两层膨胀层上分别独立地设置有酸组分与碱组分；

所述功能层上浸渍有土壤修复剂；

以重量份数计，所述土壤修复剂的原料包括：

所述土壤修复剂为采用如下方法制备得到的土壤修复剂，所述方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到混合粉料；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍配方量的碳酸铵，干燥后，在惰性气氛下进行焙烧，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸盐以及添加剂混合后进行水热反应，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂。

2.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，以重量份数计，所述土壤修复剂的原料包括：

3.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，所述添加剂包括钠盐、钾盐、镁盐、锌盐或铁盐中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求3所述的土壤修复材料，其特征在于，所述钠盐包括氯化钠和/或硫酸钠。

5.根据权利要求3所述的土壤修复材料，其特征在于，所述钾盐包括氯化钾和/或硫酸钾。

6.根据权利要求3所述的土壤修复材料，其特征在于，所述镁盐包括氯化镁和/或硫酸镁。

7.根据权利要求3所述的土壤修复材料，其特征在于，所述锌盐包括氯化锌和/或硫酸锌。

8.根据权利要求3所述的土壤修复材料，其特征在于，所述铁盐包括氯化铁、硫酸铁、氯化亚铁或硫酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，所述黄腐酸盐包括黄腐酸钠和/或黄腐酸钾。

10.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，步骤(1)所述球磨所得混合粉料的粒径D50为30-200μm。

11.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，步骤(2)所述焙烧的温度为700-800℃，焙烧的时间为1-3h。

12.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，步骤(2)所述惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛中的任意一种或至少两种的组合。

13.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，步骤(3)所述水热反应的温度为100-150℃，时间为30-60min。

14.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，制备所述土壤修复剂的方法包括如下步骤：

(1)按配方量混合生物质炭、蛭石、沸石、硫铁矿烧渣、凹凸棒粉，球磨，得到粒径D50为30-200μm的混合粉料；

(2)真空条件下，混合粉料等体积浸渍配方量的碳酸铵，干燥后，在惰性气氛下进行焙烧，焙烧的温度为700-800℃，焙烧的时间为1-3h，得到焙烧粉料；

(3)焙烧粉料与配方量的黄腐酸盐以及添加剂混合后进行水热反应，水热反应的温度为100-150℃，时间为30-60min，水热反应结束后进行干燥，得到所述土壤修复剂。

15.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，所述膨胀层的材质包括脱脂棉、无纺布或弹性纤维中的任意一种。

16.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，所述酸组分包括酒石酸和/或枸橼酸。

17.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，所述碱组分包括碳酸氢钾和/或碳酸氢钠。

18.根据权利要求1所述的土壤修复材料，其特征在于，所述功能层的材质包括脱脂棉、无纺布或弹性纤维中的任意一种。

19.一种如权利要求1-18任一项所述的土壤修复材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(a)将不同的膨胀层分别独立地浸渍于酸溶液与碱溶液中，干燥后得到分别浸渍有碱组分与酸组分的膨胀层；

(b)相邻设置步骤(a)所得浸渍有酸组分的膨胀层与浸渍有碱组分的膨胀层，得到膨胀基体；

(c)制备土壤修复剂浆料，并将功能层浸渍于土壤修复剂浆料中，干燥后得到负载有土壤修复剂的功能层；

(d)将步骤(c)所得负载有土壤修复剂的功能层套设于膨胀基体的最外层膨胀层，得到所述土壤修复材料。

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