CN111718721A

CN111718721A - 一种新型土壤镉砷钝化剂及制备方法

Info

Publication number: CN111718721A
Application number: CN201910207087.2A
Authority: CN
Inventors: 罗佩; 徐磊; 陈帮军
Original assignee: Wuhan Zhongtang Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Zhongtang Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2020-09-29

Abstract

本发明公开了一种新型土壤镉砷钝化剂，所述包含的主要成分为生物质炭、硅酸钙和柠檬酸铁，其中，生物质炭配比为30~60份，氢氧化钙配比为10~60份，硝酸铵钙配比为10~30份，本发明还公开了钝化剂的制备方法，该配方简单，适用于镉砷复合污染稻田修复，对镉砷钝化效果好，可有效降低稻米镉砷的含量，并可以增加稻米产量。配方中适宜的生物质炭、石灰比例，既保证了钝化土壤镉砷，又能改善土壤结构，该钝化剂制备方法简单，成本低廉，易于在农田重金属污染治理方面推广和应用。还通过在土壤中添加铁盐和硅酸盐，不会造成土壤板结，并能提高土壤肥力，有利于钝化重金属镉和砷，同时容易被水稻吸收利用，达到水稻增产的效果。

Description

一种新型土壤镉砷钝化剂及制备方法

技术领域

本发明涉及土壤重金属修复技术领域，具体涉及一种新型土壤镉砷钝化剂及制备方法。

背景技术

农田重金属污染已经严重威胁农产品质量安全，尤其是镉砷污染。在我国，由于南方土壤为酸性，提高了重金属活性，并且工业的发展，导致土壤中沉积更多的重金属，土壤中重金属砷和镉的生物迁移性和毒性较强，容易被农作物吸收，，并通过食物链对人类健康构成较大的伤害。因此，如何修复砷镉复合污染农田已成为一个亟待解决的重大问题。由于生物炭表面含有大量的羧基和羟基等多种官能基团，施入到土壤后，生物炭能吸附镉并将其固定在表面，显著降低大多数镉的生物有效性，并能提高土壤肥力。但是，生物炭材料可显著提高土壤中砷的生物有效性。研究发现，生物炭添加到稻田后，能提高土壤中砷的移动性和活性将近50倍。因此，如何合理应用生物同步钝化农田镉砷，具有重要的意义

已有大量文献报道，零价铁能降低土壤中砷的生物有效性，零价铁具有较强的电子转移和吸附能力，在有氧的情况下，通过电子转移促进生物成矿与铁的氧化，从而促进土壤三价砷的氧化与五价砷的吸附固定；在无氧的情况下，可能将三价砷直接还原成零价。砷的生物有效性取决于其价态与形态，促进土壤砷的氧化与吸附固定，能够降低其有效性。因此，如何将生物炭与零价铁的环境作用结合，制备出铁基生物炭复合材料，从而同时降低土壤中砷镉的有效性，具有重要的意义。大量研究表明，铁通过共价结合的方式可以钝化土壤中的砷，从而降低土壤中镉的生物有效性。

已公开的发明专利中，CN201710291510.2发明公开了一种重金属钝化剂及其制备方法。该重金属钝化剂，原料组分包括A组分和B组分；所述A组分原料，按占A组分质量百分比计，包括如下原料组分：硫铁矿15～80；生石灰5～80；还原性铁粉5～70；所述B组分原料，按占B组分质量百分比计，包括如下原料组分：粘土矿物30～80；元明粉3～40。该发明的重金属钝化剂对多种重金属均具有较好的处理固化效果。该发明的钝化剂制备工艺复杂，已有文献报道，大量的铁粉和生石灰添加到农田中，容易造成土壤结构破坏，土壤质地板结，不利于作物的生长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型土壤镉砷钝化剂及制备方法，以解决上述技术背景中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型土壤镉砷钝化剂，所述的包含的主要成分为生物质炭、硅酸钙和柠檬酸铁，其中，生物质炭配比为 30～60份，氢氧化钙配比为10～60份，硝酸铵钙配比为10～30份。

一种新型土壤镉砷钝化剂制备方法，包含以下步骤：

步骤一、采用非重金属污染区的生物质原料进行高温热解炭化制备生物质炭；

步骤二、将步骤一所得生物质炭按照一定比例与硅酸钙混合，搅拌均匀；

步骤三、向步骤二所得不同配比的混合物中，加入柠檬酸铁，占总质量的2％～10％，机械搅拌混合均匀后制得最终配方的钝化剂。

优选的，所述的生物质原料以谷壳为原料，经过烘干粉碎后，置于高温炉中 400～800℃条件下高温炭化6～12h，冷却、晾干和粉碎后获得生物质炭。

优选的，所述的生物质原料还可以选择非重金属污染区的农林废弃物，比如稻壳、水稻秸秆、茶梗等。

进一步，所述的生物质炭与硅酸钙最优配比为10:17。

进一步，所述的硅酸钙与柠檬酸铁的配比为17:3。

本发明和以前的技术相比，具有如下优点和显著优势：

本发明公开的钝化剂配方简单，适用于镉砷复合污染稻田修复，对镉砷钝化效果好，可有效降低稻米镉砷的含量，并可以增加稻米产量。配方中适宜的生物质炭、石灰比例，既保证了钝化土壤镉砷，又能改善土壤结构，该钝化剂制备方法简单，成本低廉，易于在农田重金属污染治理方面推广和应用。还通过在土壤中添加铁盐和硅酸盐，不会造成土壤板结，并能提高土壤肥力，有利于钝化重金属镉和砷，同时容易被水稻吸收利用，达到水稻增产的效果。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供如下技术方案：一种新型土壤镉砷钝化剂，包含的主要成分为生物质炭、硅酸钙和柠檬酸铁，其中，生物质炭配比为30～60份，氢氧化钙配比为10～60份，硝酸铵钙配比为10～30份。

一种新型土壤镉砷钝化剂制备方法，包含以下步骤：

步骤二、将步骤一所得生物质炭按照一定比例与硅酸钙混合，搅拌均匀；且生物质炭与硅酸钙最优配比为10:17。

步骤三、向步骤二所得不同配比的混合物中，加入柠檬酸铁，占总质量的2％～10％，机械搅拌混合均匀后制得最终配方的钝化剂，且硅酸钙与柠檬酸铁的配比为17:3。

所述的生物质原料以谷壳为原料，经过烘干粉碎后，置于高温炉中400～800℃条件下高温炭化6～12h，冷却、晾干和粉碎后获得生物质炭。同时，所述的生物质原料还可以选择非重金属污染区的农林废弃物，比如稻壳、水稻秸秆、茶梗等。

下面结合具体实施例对本发明进一步说明：

实施例一：

称取生物质炭10kg，17kg硅酸钙先混和均匀，再加入柠檬酸铁3kg，混匀后制得土壤镉砷钝化剂，标记为配方1。开展水稻验证小区试验，小区面积30m²，每个小区施用量10kg。设不施加钝化剂处理的3个小区为对照组，开展水稻小区试验，水稻成熟期采集稻米样品，试验结果如表1所示。对照组稻米镉含量为0.32mg/kg，As含量0.33mg/kg，配方1 处理糙米Cd含量0.15mg/kg，As含量0.15mg/kg，配方1处理糙米Cd显著下降53.13％， As下降54.15％，稻米Cd和As含量均达标。土壤pH由4.54升高至4.89，有效态Cd含量为1.36mg/kg，比对照组下降25.8％，有效态As含量2.24mg/kg，比对照组下降20.57％，改钝化剂对土壤镉和砷有较好的钝化效果。

表1配方1钝化剂对土壤和稻米镉和砷等参数的影响

实施例二：

称取生物质炭10kg，15kg硅酸钙先混和均匀，再加入柠檬酸铁5kg，混匀后制得土壤镉砷钝化剂，制得第二种配比的钝化剂，标记为配方2。开展水稻小区试验，小区面积30m²，每个小区施用量10kg，不施加钝化剂的小区设为对照组，试验结果见表2。对照组稻米镉含量为0.36mg/kg，As含量0.34mg/kg，配方2处理糙米Cd含量0.19mg/kg，As含量0.14mg/kg，配方2处理糙米Cd显著下降47.22％，As下降58.82％，稻米Cd和As含量均达标。土壤pH由4.86升高至5.13，有效态Cd含量为1.25mg/kg，比对照组下降36.87％，有效态As含量2.16mg/kg，比对照组下降28.18％，改钝化剂对土壤镉和砷有较好的钝化效果。

表2配方2钝化剂对土壤和稻米镉和砷等参数的影响

实施例三：

称取生物质炭16kg，5kg硅酸钙先混和均匀，再加入柠檬酸铁9kg，混匀后制得土壤镉砷钝化剂，制得第二种配比的钝化剂，标记为配方3。开展水稻小区试验，小区面积30m²，每个小区施用量10kg，不施加钝化剂的小区设为对照组，试验结果见表1。对照组稻米镉含量为0.38mg/kg，As含量0.28mg/kg，配方2处理糙米Cd含量0.17mg/kg，As含量 0.20mg/kg，配方2处理糙米Cd显著下降55.26％，As下降28.57％，稻米Cd和As含量均达标。土壤pH由5.01升高至5.25，有效态Cd含量为2.15mg/kg，比对照组下降29.30％，有效态As含量2.41mg/kg，比对照组下降22.76％，改钝化剂对土壤镉和砷有较好的钝化效果。

表3配方2钝化剂对土壤和稻米镉和砷等参数的影响

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型土壤镉砷钝化剂，其特征在于：所述包含的主要成分为生物质炭、硅酸钙和柠檬酸铁，其中，生物质炭配比为30~60份，氢氧化钙配比为10~60份，硝酸铵钙配比为10~30份。

2.一种新型土壤镉砷钝化剂制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

步骤三、向步骤二所得不同配比的混合物中，加入柠檬酸铁，占总质量的2%~10%，机械搅拌混合均匀后制得最终配方的钝化剂。

3.根据权利要求2中步骤（1）所述采用非重金属污染区的生物质原料，其特征在于：所述生物质原料以谷壳为原料，经过烘干粉碎后，置于高温炉中400~800℃条件下高温炭化6~12h，冷却、晾干和粉碎后获得生物质炭。

4.根据权利要求2中步骤（1）所述采用非重金属污染区的生物质原料，其特征在于：所述生物质原料还可以选择非重金属污染区的农林废弃物，比如稻壳、水稻秸秆、茶梗等。

5.根据权利要求2中步骤2所述生物质炭与硅酸钙混合比例，其特征在于:所述生物质炭与硅酸钙最优配比为10:17、15:10。

6.根据权利要求2中步骤3所述硅酸钙与柠檬酸铁，其特征在于:所述硅酸钙与柠檬酸铁的配比为17:3。