CN112574753A - 一种用于耕地重金属污染土壤修复的钝化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种土壤重金属钝化剂，其特征在于，所述钝化剂按重量分数包括以下物质：30‑50份改性秸秆炭、7‑10份改性腐殖酸、10‑15份碳酸钙、5‑8份白云石、3‑6份钾长石；所述钝化剂还包括：产碱假单胞菌、枯草芽孢杆菌及硫酸盐还原菌，本发明所述的微生物能够迅速在稻田土壤中生长繁殖，与化学钝化剂共同作用，能通过直接吸附、氧化还原及形成硫化物沉淀等多种形式固定稻田土壤中的重金属离子，包括Cd离子等，对重金属离子进行固定和钝化，从而降低重金属离子离子的生物有效性，削减作物对重金属离子的吸收。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染领域，具体涉及一种用于耕地重金属污染土壤修复的钝化剂。
背景技术
随着工业化与城市化的推进，环境中土壤重金属污染问题日益严重，重金属不仅会引起土壤组成、结构和功能的变化，还能抑制作物根系生长，导致作物减产，更有甚者重金属随着食物链进入到动物甚至人体内，严重危害健康。根据统计我国耕地重金属污染面积接近2000万hm2，约占我国耕地总量的20％，解决土壤重金属的问题迫在眉睫，现有的修复重金属污染土壤的方法一般分为两类：一是减少重金属在土壤中的含量，包括物理修复和植物修复；二是降低重金属在土壤中的存在形态，进而降低其在土壤中的移动性或有效性。
钝化是指金属由于介质的作用生成的腐蚀产物如果具有致密的结构，形成了一层薄膜(往往是看不见的)，紧密覆盖在金属的表面，则改变了金属的表面状态，使金属的电极电位大大向正方向跃变，而成为耐蚀的钝态。当前土壤重金属污染已成为全球性环境问题，对生态系统构成潜蔽性、不可逆性和长期性的特点，在的巨大威胁，并通过食物链影响人体和动物的健农产品康。因此寻找有效合理的方法治理和修复重金属污染具有重要意义。利用钝化原理，可以通过使用钝化剂来降低重金属在土壤中的负面作用，减少其对植物的破坏，这种方法是最合理、有效的。
常用的钝化剂主要类型有无机类、有机类、微生物类、新型复合材料及螯合剂等。无机类钝化剂主要包括粘土矿物(海泡石、沸石、膨润土、高岭土等)、工业副产品(粉煤灰、飞灰、石灰、赤泥、硅粉、石膏等)、磷酸盐类和金属氧化物(过磷酸钙、磷矿粉、钙镁磷肥、羟基磷灰石、磷酸盐、氧化镁等)及其他一些工农业废弃物(泥炭、矿渣、水泥等)；有机类钝化剂主要包括动物粪便、秸秆、生物炭、黑炭、城市生活污泥等；微生物钝化剂主要包括菌根、还原菌等；新型复合材料主要有改性矿物材料、无机有机物质复合搭配材料、纳米材料等；此外，还有一些螯合剂如EDTA、DTPA、NTA等
重金属钝化剂一般是在土壤耕层时按比例加入，pH是影响钝化的关键因素，此外，钝化还和钝化剂本身的比表面积、吸附性能、离子交换能力及其在钝化过程中可能引起的生物反应，土壤微生物环境改变等有关。现在工程上应用较多的钝化剂如膨润土、海泡石、石灰、赤泥、磷酸盐等，对重金属都有一定的钝化效果，但钝化效果仍不到50％，而且钝化剂选择性较大，并对土壤理化性质改变较大，还存在铝、磷等溶出以及重金属重新溶解释放等，易造成二次污染，需要谨慎控制加入量。
发明人发现将生物钝化与化学钝化结合可以大幅减少被钝化后的土壤重金属离子又复原的问题，但是简单将生物钝化与化学钝化结合又会导致钝化剂性质及其不稳定。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题的至少一个，
第一方面，本发明提供一种用于耕地重金属污染土壤修复的钝化剂，所述钝化剂按重量分数包括以下物质：30-50份改性秸秆炭、7-10份改性腐殖酸、10-15份碳酸钙、5-8份白云石、3-6份钾长石；所述钝化剂还包括：产碱假单胞菌、枯草芽孢杆菌及硫酸盐还原菌。
优选地，所述钝化剂按重量份数包括以下物质：35-40份改性秸秆炭、8-10份改性腐殖酸、12-14份碳酸钙、6-8份白云石、4-5份钾长石、产碱假单胞菌0.01份、枯草芽孢杆菌0.03份及硫酸盐还原菌0.05份。
优选地，所述钝化剂按重量份数包括以下物质：37份改性秸秆炭、9份改性腐殖酸、13份碳酸钙、7份白云石、4份钾长石、产碱假单胞菌0.01份、枯草芽孢杆菌0.03份及硫酸盐还原菌0.05份。
优选地，所述钝化剂还包括氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、嗜热链霉菌、普通高温放线菌。
优选地，所述改性秸秆炭的制备方法包括以下步骤：
1)秸秆粉碎，与活性炭、膨润土、玉石粉、玉米淀粉一起送入炭化炉中，在600-720℃下炭化处理3-4小时，取出得到炭灰；
2)将步骤1)得到的炭灰与工业硫酸铝一起加入适量水中调成泥状，加热至80-90℃，研磨2-3小时得200-300目的浆料，
3)将步骤2)得到的浆料用清水洗涤至PH值为中性，烘干，得到改性秸秆炭。
优选地，所述改性腐殖酸的制备方法包括以下步骤：
1)将腐殖酸以二氯甲烷-乙醇为溶剂，回流提取，得到提取液；
2)将提取液用蒸馏水提取，抽干后干燥得脱脂腐殖酸；
3)将脱脂腐殖酸和氢氧化钠水溶液混合，搅拌均匀后让其润胀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下于油浴中加热反应，冷却、抽滤，得到改性腐殖酸初品；
4)将改性腐殖酸初品依次用乙醇、水、乙醇洗涤，抽干后干燥得改性腐殖酸。
优选地，所述的碳酸钙、白云石和钾长石的颗粒大小均为80目。
优选地，所述钝化剂还包括：球孢白僵菌、巴西固氮螺菌、纤维素诺卡氏菌。
有益效果：
本发明所述的微生物能够迅速在稻田土壤中生长繁殖，与化学钝化剂共同作用，能通过直接吸附、氧化还原及形成硫化物沉淀等多种形式固定稻田土壤中的重金属离子，包括Cd离子等，对重金属离子进行固定和钝化，从而降低重金属离子离子的生物有效性，削减作物对重金属离子的吸收。
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
所述钝化剂按重量分数包括以下物质：30份改性秸秆炭、7份改性腐殖酸、10份碳酸钙、5份白云石、3份钾长石；所述钝化剂还包括：产碱假单胞菌、枯草芽孢杆菌及硫酸盐还原菌。
所述改性秸秆炭的制备方法包括以下步骤：
1)秸秆粉碎，与活性炭、膨润土、玉石粉、玉米淀粉一起送入炭化炉中，在600-720℃下炭化处理3-4小时，取出得到炭灰；
2)将步骤1)得到的炭灰与工业硫酸铝一起加入适量水中调成泥状，加热至80-90℃，研磨2-3小时得200-300目的浆料，
3)将步骤2)得到的浆料用清水洗涤至PH值为中性，烘干，得到改性秸秆炭。
所述改性腐殖酸的制备方法包括以下步骤：
1)将腐殖酸以二氯甲烷-乙醇为溶剂，回流提取，得到提取液；
2)将提取液用蒸馏水提取，抽干后干燥得脱脂腐殖酸；
3)将脱脂腐殖酸和氢氧化钠水溶液混合，搅拌均匀后让其润胀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下于油浴中加热反应，冷却、抽滤，得到改性腐殖酸初品；
4)将改性腐殖酸初品依次用乙醇、水、乙醇洗涤，抽干后干燥得改性腐殖酸。
实施例2
所述钝化剂按重量分数包括以下物质：
50份改性秸秆炭、10份改性腐殖酸、15份碳酸钙、8份白云石、6份钾长石；
所述钝化剂还包括：产碱假单胞菌、枯草芽孢杆菌及硫酸盐还原菌。
所述改性秸秆炭的制备方法包括以下步骤：
1)秸秆粉碎，与活性炭、膨润土、玉石粉、玉米淀粉一起送入炭化炉中，在600-720℃下炭化处理3-4小时，取出得到炭灰；
2)将步骤1)得到的炭灰与工业硫酸铝一起加入适量水中调成泥状，加热至80-90℃，研磨2-3小时得200-300目的浆料，
3)将步骤2)得到的浆料用清水洗涤至PH值为中性，烘干，得到改性秸秆炭。
所述改性腐殖酸的制备方法包括以下步骤：
1)将腐殖酸以二氯甲烷-乙醇为溶剂，回流提取，得到提取液；
2)将提取液用蒸馏水提取，抽干后干燥得脱脂腐殖酸；
3)将脱脂腐殖酸和氢氧化钠水溶液混合，搅拌均匀后让其润胀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下于油浴中加热反应，冷却、抽滤，得到改性腐殖酸初品；
4)将改性腐殖酸初品依次用乙醇、水、乙醇洗涤，抽干后干燥得改性腐殖酸。
实施例3
所述钝化剂按重量份数包括以下物质：40份改性秸秆炭、10份改性腐殖酸、14份碳酸钙、8份白云石、5份钾长石、产碱假单胞菌0.01份、枯草芽孢杆菌0.03份及硫酸盐还原菌0.05份。
所述改性秸秆炭的制备方法包括以下步骤：
1)秸秆粉碎，与活性炭、膨润土、玉石粉、玉米淀粉一起送入炭化炉中，在600-720℃下炭化处理3-4小时，取出得到炭灰；
2)将步骤1)得到的炭灰与工业硫酸铝一起加入适量水中调成泥状，加热至80-90℃，研磨2-3小时得200-300目的浆料，
3)将步骤2)得到的浆料用清水洗涤至PH值为中性，烘干，得到改性秸秆炭。
所述改性腐殖酸的制备方法包括以下步骤：
1)将腐殖酸以二氯甲烷-乙醇为溶剂，回流提取，得到提取液；
2)将提取液用蒸馏水提取，抽干后干燥得脱脂腐殖酸；
3)将脱脂腐殖酸和氢氧化钠水溶液混合，搅拌均匀后让其润胀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下于油浴中加热反应，冷却、抽滤，得到改性腐殖酸初品；
4)将改性腐殖酸初品依次用乙醇、水、乙醇洗涤，抽干后干燥得改性腐殖酸。
实施例4
所述钝化剂按重量份数包括以下物质：35份改性秸秆炭、8份改性腐殖酸、12份碳酸钙、6份白云石、4份钾长石、产碱假单胞菌0.01份、枯草芽孢杆菌0.03份及硫酸盐还原菌0.05份。
所述改性秸秆炭的制备方法包括以下步骤：
1)秸秆粉碎，与活性炭、膨润土、玉石粉、玉米淀粉一起送入炭化炉中，在600-720℃下炭化处理3-4小时，取出得到炭灰；
2)将步骤1)得到的炭灰与工业硫酸铝一起加入适量水中调成泥状，加热至80-90℃，研磨2-3小时得200-300目的浆料，
3)将步骤2)得到的浆料用清水洗涤至PH值为中性，烘干，得到改性秸秆炭。
所述改性腐殖酸的制备方法包括以下步骤：
1)将腐殖酸以二氯甲烷-乙醇为溶剂，回流提取，得到提取液；
2)将提取液用蒸馏水提取，抽干后干燥得脱脂腐殖酸；
3)将脱脂腐殖酸和氢氧化钠水溶液混合，搅拌均匀后让其润胀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下于油浴中加热反应，冷却、抽滤，得到改性腐殖酸初品；
4)将改性腐殖酸初品依次用乙醇、水、乙醇洗涤，抽干后干燥得改性腐殖酸。
实施例5
所述钝化剂按重量份数包括以下物质：37份改性秸秆炭、9份改性腐殖酸、13份碳酸钙、7份白云石、4份钾长石、产碱假单胞菌0.01份、枯草芽孢杆菌0.03份及硫酸盐还原菌0.05份。
所述改性秸秆炭的制备方法包括以下步骤：
1)秸秆粉碎，与活性炭、膨润土、玉石粉、玉米淀粉一起送入炭化炉中，在600-720℃下炭化处理3-4小时，取出得到炭灰；
2)将步骤1)得到的炭灰与工业硫酸铝一起加入适量水中调成泥状，加热至80-90℃，研磨2-3小时得200-300目的浆料，
3)将步骤2)得到的浆料用清水洗涤至PH值为中性，烘干，得到改性秸秆炭。
所述改性腐殖酸的制备方法包括以下步骤：
1)将腐殖酸以二氯甲烷-乙醇为溶剂，回流提取，得到提取液；
2)将提取液用蒸馏水提取，抽干后干燥得脱脂腐殖酸；
3)将脱脂腐殖酸和氢氧化钠水溶液混合，搅拌均匀后让其润胀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下于油浴中加热反应，冷却、抽滤，得到改性腐殖酸初品；
4)将改性腐殖酸初品依次用乙醇、水、乙醇洗涤，抽干后干燥得改性腐殖酸。
最后应说明的是：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及范围。
Claims (8)
1.一种用于耕地重金属污染土壤修复的钝化剂，其特征在于，所述钝化剂按重量分数包括以下物质：
30-50份改性秸秆炭、7-10份改性腐殖酸、10-15份碳酸钙、5-8份白云石、3-6份钾长石；
所述钝化剂还包括：产碱假单胞菌、枯草芽孢杆菌及硫酸盐还原菌。
2.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，所述钝化剂按重量份数包括以下物质：35-40份改性秸秆炭、8-10份改性腐殖酸、12-14份碳酸钙、6-8份白云石、4-5份钾长石、产碱假单胞菌0.01份、枯草芽孢杆菌0.03份及硫酸盐还原菌0.05份。
3.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，所述钝化剂按重量份数包括以下物质：37份改性秸秆炭、9份改性腐殖酸、13份碳酸钙、7份白云石、4份钾长石、产碱假单胞菌0.01份、枯草芽孢杆菌0.03份及硫酸盐还原菌0.05份。
4.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，所述钝化剂还包括氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、嗜热链霉菌、普通高温放线菌。
5.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，所述改性秸秆炭的制备方法包括以下步骤：
1)秸秆粉碎，与活性炭、膨润土、玉石粉、玉米淀粉一起送入炭化炉中，在600-720℃下炭化处理3-4小时，取出得到炭灰；
2)将步骤1)得到的炭灰与工业硫酸铝一起加入适量水中调成泥状，加热至80-90℃，研磨2-3小时得200-300目的浆料，
3)将步骤2)得到的浆料用清水洗涤至PH值为中性，烘干，得到改性秸秆炭。
6.根据权利要求1所述的钝化剂，其特征在于，所述改性腐殖酸的制备方法包括以下步骤：
1)将腐殖酸以二氯甲烷-乙醇为溶剂，回流提取，得到提取液；
2)将提取液用蒸馏水提取，抽干后干燥得脱脂腐殖酸；
3)将脱脂腐殖酸和氢氧化钠水溶液混合，搅拌均匀后让其润胀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下于油浴中加热反应，冷却、抽滤，得到改性腐殖酸初品；
4)将改性腐殖酸初品依次用乙醇、水、乙醇洗涤，抽干后干燥得改性腐殖酸。
7.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于，所述的碳酸钙、白云石和钾长石的颗粒大小均为80目。
8.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂，其特征在于，所述钝化剂还包括：球孢白僵菌、巴西固氮螺菌、纤维素诺卡氏菌。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210330 |