CN113861994A - 一种生物炭土壤修复剂及其制备方法 - Google Patents

一种生物炭土壤修复剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及污染修复技术领域，具体公开了一种生物炭土壤修复剂及其制备方法。本发明的土壤修复剂制备原料按质量份数计包括生物炭80份～100份、麦饭石15份～20份、改性硅藻土10份～15份、草木灰15份～20量份、腐殖酸5份～10份，制备方法为：将生物炭、麦饭石、改性硅藻土、草木灰、腐殖酸混合，研磨，过200目筛，得到所述生物炭土壤修复剂。本发明土壤修复剂实现了对于污染土壤修复，修复效果突出、稳定，利于改善土壤的保水保肥及土壤孔隙度，增加土壤透气性，提高肥料和水分利用率，修复后的土壤用于作物种植，氮肥的流失少，肥料的利用率高。

Description

一种生物炭土壤修复剂及其制备方法
技术领域
本发明属于污染修复技术领域，特别涉及一种生物炭土壤修复剂及其制备方法。
背景技术
工业的的发展带来巨大经济效益的同时也带来了环境的污染，并且随着污染加重，已经形成现代社会高度注视的生态问题之一。特别的，在这近半个世纪里，有大量的铜、铅、锌等金属排放到了生态环境中，并且大部分是排到土壤里，给土壤带来严重污染，土壤受重金属污染会导致土壤肥力降低，从而严重影响作物的收成及品质，威胁人类的身体健康，另外，土壤受金属污染具有污染时间长、污染隐蔽性高，难以修复等特点，极大地威胁了人类社会的整个生态系统。目前，探索修复土壤污染的方式方法已得到全球广泛关注，对被污染土壤修复已刻不容缓。目前治理与修复土壤金属污染的主要修复途径还是通过有效方法使得严重重金属污染的土壤中重金属除去，或是通过改变重金属污染的土壤中所含重金属的化合价和状态，让金属的活性得以最大程度的降低，从而实现对环境污染的减轻。化学修复的方法主要是添加一定的钝化剂到土壤中，通过其与土壤发生一系列反应从而使得土壤中重金属的迁移性得以降低和生物有效性得到抑制，使得作物对重金属的吸收积累减少，从而减少了重金属通过食物链进入人体的风险。
生物炭是一类像农作物废弃物、植物组织、木材或是动物骨骼等生物质在缺氧环境中热解形成的产物。像稻壳炭、木炭、秸秆炭、竹炭等都是比较常见的生物炭。生物炭孔隙率比较大，而且具有较大的比表面积。这些基本性质使其具备了抗氧化力、吸附力和抗生物分解能力强的特点，生物炭可应用于土壤修复、污水处理、水质净化等许多环境领域。有研究表明，生物炭对无机重金属离子具有较好的选择性吸附能力，且不易产生二次污染。研究表明生物炭的热解条件及制备条件对品质及性能有着重要影响，生物炭的比表面积与热解温度高度相关，热解温度越高生物炭比表面积越大，高温也会减少生物炭酸性功能团的数量的密度。也有研究表明，生物炭性能与生物炭的原料来源有关，不同材料热解制备的生物炭吸附效果不同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物炭土壤修复剂及其制备方法，通过采用该生物炭土壤修复剂可以实现对于污染土壤修复，并且修复效果突出。
为实现上述目的，本发明提供了一种生物炭土壤修复剂，其特征在于，所述土壤修复剂制备原料按质量份数计包括生物炭80份～100份；麦饭石15份～20份；改性硅藻土10份～15份；草木灰15份～20量份；腐殖酸5份～10份：
所述的改性硅藻土的制备方法为：(1)将硅藻土粉末在质量分数为20～30％的双氧水溶液中45℃～55℃、搅拌速度为80r/min～100r/min的条件下搅拌40min～60min；(2)对混合物过滤，取出硅藻土在700℃～800℃的高温煅烧60min～90min，破碎，制得改性硅藻土；
进一步，上述技术方案中，所述生物炭为桉树枝生物炭，所述桉树枝生物炭制备方法为：将桉树枝放在一密闭铁盒中，装满，放置在马福炉中，在500℃条件下保持2h，取出，立即用氮气冷却到90℃，待温度降至室温后取出，即得到制备好的生物炭。
进一步，上述技术方案中，所述桉树枝在使用前先粉碎成2～5mm大小，然后在60～70℃条件下烘至恒质量。
进一步，上述技术方案中，所述麦饭石粒包含Fe2O3 4～5％，CaO 2～3％，Na2O 2～2.5％，K2O 0.1～0.2％，Si02 65～75％。
进一步，上述技术方案中，所述草木灰按质量份数计为黄豆杆灰10～15份、茶枝灰20～25份和稻杆灰10～15份组成。
本发明还提供了一种如上述技术方案中所述的生物炭土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
将生物炭80份～100份；麦饭石15份～20份；改性硅藻土10份～15份；草木灰15份～20量份；腐殖酸5份～10份混合，研磨，过200目筛，得到所述生物炭土壤修复剂。
本发明还提供了一种如上述技术方案中所述的生物炭土壤修复剂应用方法，采用上述技术方案中所述的生物炭土壤修复剂与受污染土壤混合，调节受污染土壤的含水量25％～30％。
进一步，上述技术方案中，所述生物炭土壤修复剂的添加量为受污染土壤质量的7％～10％。
进一步，上述技术方案中，所述修复的时间为25天～35天。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提供了一种生物炭土壤修复剂，该修复剂各组分间搭配合理，组分之间相互协调作用应用于被污染土壤中可以实现对土壤中铅、镉等金属进行固定，阻止其通过淋溶和径流迁移，起到金属钝化的作用，土壤中铅、镉等金属浸出含量有效降低，效果突出。
2.本发明生物炭土壤修复剂有利于改善土壤的保水保肥及土壤孔隙度，增加土壤透气性，提高肥料和水分利用率。
3.本发明通过硅藻土经过双氧水和高温煅烧处理硅藻土的微孔结构得到清洗，且使得制备的硅藻土的微孔具有较高的完整性，同时，由于微孔中的杂质被去除，改性后的硅藻土更利于铅、镉、锌、铜、镍、砷和汞等金属离子浸于到硅藻土孔隙中进行金属离子交换从而提高了对铅、镉、锌、铜、镍、砷和汞等金属离子的固定，阻止其迁移，以达到更好的降低土壤中这些金属浸出含量的效果，修复受污染土壤效果稳定。
4.本发明以生物炭作为土壤修复剂的主要成分不仅有利于对污染土壤的修复，还有利于减少土壤酸化，增加土壤有效养分，提高土壤中的碳汇存，减少土壤N2O的排放，修复后的土壤用于作物种，施肥后有利于减少氮肥的流失，提高作物对肥料的利用率，促进作物生长，生提高作物产量。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1-1
1.改性硅藻土的制备：(1)将硅藻土粉末在质量分数为25％的双氧水溶液中45℃～55℃、搅拌速度为90r/min的条件下搅拌50min；(2)取出硅藻土在750℃的高温煅烧80min，破碎，制得改性硅藻土；
2.桉树枝生物炭制备方法为：桉树枝在使用前先粉碎成2～5mm大小，然后在65℃条件下烘至恒质量；将桉树枝放在一密闭铁盒中，装满，放置在马福炉中，在500℃条件下保持2h，取出，立即用氮气冷却到90℃，待温度降至室温后取出，即得到制备好的生物炭。
3.生物炭土壤修复剂的制备：
按质量份数计将生物炭90份；麦饭石18份；改性硅藻土13份；草木灰18量份；腐殖酸8份混合，研磨，过200目筛，得到所述生物炭土壤修复剂。
麦饭石粒包含Fe2O3 4～5％，CaO 2～3％，Na2O 2～2.5％，K2O 0.1～0.2％，Si0265～75％。
草木灰按质量份数计为黄豆杆灰13份、茶枝灰23份和稻杆灰14份混合而成。
4.生物炭土壤修复剂应用：
采用制备好的土壤修复剂与受污染土壤混合(生物炭土壤修复剂的添加量为受污染土壤质量的9％)然后调节土壤的含水量为25％～30％，28天后，完成修复，得到修复后的土壤。
对比1-1：与实施例1-1实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭90份；麦饭石49份；腐殖酸8份。
对比1-2：与实施例1-1实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭90份；改性硅藻土49份；腐殖酸8份。
对比1-3：与实施例1-1实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭90份；草木灰49份；腐殖酸8份。
对实施例1-1、对比例1-1、对比例1-2和对比例1-3修复后的土壤进行检测分析，其结果见表1。
表1土壤修复前及修复处理后分别进行分析检测结果
Figure BDA0003289846170000051
由表1可知污染土壤修复后较修复前土壤的污染物有了明显下降，特别是实施例1-1方法制备的修复剂应用在污染土壤上污染物降低的效果尤为明显，说明了本发明的生物炭土壤修复剂对于污染土壤修复效果好。
实施例2-1
1.改性硅藻土的制备：(1)将硅藻土粉末在质量分数为20％的双氧水溶液中45℃～55℃、搅拌速度为80r/min的条件下搅拌60min；(2)取出硅藻土在700℃的高温煅烧90min，破碎，制得改性硅藻土；
2.桉树枝生物炭制备方法为：桉树枝在使用前先粉碎成2～5mm大小，然后在60℃条件下烘至恒质量；将桉树枝放在一密闭铁盒中，装满，放置在马福炉中，在500℃条件下保持2h，取出，立即用氮气冷却到90℃，待温度降至室温后取出，即得到制备好的生物炭。
3.生物炭土壤修复剂的制备：
将生物炭80份；麦饭石15份；改性硅藻土10份；草木灰15份；腐殖酸5份混合，研磨，过200目筛，得到所述生物炭土壤修复剂。
麦饭石粒包含Fe2O3 4～5％，CaO 2～3％，Na2O 2～2.5％，K2O 0.1～0.2％，Si0265～75％。
草木灰按质量份数计为黄豆杆灰10份、茶枝灰20份和稻杆灰10份混合组成。
4.生物炭土壤修复剂应用：
采用制备好的土壤修复剂与受污染土壤混合(生物炭土壤修复剂的添加量为受污染土壤质量的7％)然后调节土壤的含水量为25％，35天后，完成修复，得到修复后的土壤。
对比2-1：与实施例2-1实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭80份；麦饭石40份；腐殖酸5份。
对比2-2：与实施例2-1实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭80份；改性硅藻土40份；腐殖酸5份。
对比2-3：与实施例2-1实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭80份；草木灰40份；腐殖酸5份。
对实施例2-1、对比例2-1、对比例2-2和对比例2-3修复后的土壤进行检测分析，其结果见表2。
表2.土壤修复前及修复处理后分别进行分析检测结果
Figure BDA0003289846170000071
由表2可知污染土壤修复后较修复前土壤的污染物有了明显下降，特别是实施例2-1方法制备的修复剂应用在污染土壤上污染物降低的效果尤为明显，说明了本发明的生物炭土壤修复剂对于污染土壤修复效果好。
实施例3-1
1.改性硅藻土的制备：(1)将硅藻土粉末在质量分数为30％的双氧水溶液中45℃～55℃、搅拌速度为100r/min的条件下搅拌40min；(2)取出硅藻土在800℃的高温煅烧60minmin，破碎，制得改性硅藻土；
2.桉树枝生物炭制备方法为：桉树枝在使用前先粉碎成2～5mm大小，然后在70℃条件下烘至恒质量；将桉树枝放在一密闭铁盒中，装满，放置在马福炉中，在500℃条件下保持2h，取出，立即用氮气冷却到90℃，待温度降至室温后取出，即得到制备好的生物炭。
3.生物炭土壤修复剂的制备：
将生物炭100份；麦饭石20份；改性硅藻土15份；草木灰20份；腐殖酸10份混合，研磨，过200目筛，得到所述生物炭土壤修复剂。
麦饭石粒包含Fe2O3 4～5％，CaO 2～3％，Na2O 2～2.5％，K2O 0.1～0.2％，Si0265～75％。
草木灰按质量份数计为黄豆杆灰15份、茶枝灰25份和稻杆灰15份混合而成。
4.生物炭土壤修复剂应用：
采用制备好的土壤修复剂与受污染土壤混合(生物炭土壤修复剂的添加量为受污染土壤质量的10％)然后调节土壤的含水量为25％～30％，25天后，完成修复，得到修复后的土壤。
对比3-1：与实施例3-1实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭100份；麦饭石55份；腐殖酸10份。
对比3-2：与实施例3-2实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭100份；改性硅藻土55份；腐殖酸10份。
对比3-3：与实施例3-3实施方式基本相同，并在相同条件下应用于土壤修复，不同的在于生物炭土壤修复剂制备中所用物料配比为：生物炭100份；草木灰55份；腐殖酸10份混合。
对实施例3-1、对比例3-1、对比例3-2和对比例3-3修复后的土壤进行检测分析，其结果见表3。
表3土壤修复前及修复处理后分别进行分析检测结果
Figure BDA0003289846170000091
由表3可知污染土壤修复后较修复前土壤的污染物有了明显下降，特别是实施例3-1方法制备的修复剂应用在污染土壤上污染物降低的效果尤为明显，说明了本发明的生物炭土壤修复剂对于污染土壤修复效果好。
综上所述，本发明生物炭土壤修复剂通过麦饭石、改性硅藻土和草木灰协同作用实现较好的降低受污染土壤中铅、镉、锌、铜、镍、砷和汞等金属污染物效果，对于污染土壤修复效果突出。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种生物炭土壤修复剂，其特征在于，所述土壤修复剂制备原料按质量份数计包括生物炭80份～100份；麦饭石15份～20份；改性硅藻土10份～15份；草木灰15份～20量份；腐殖酸5份～10份：
所述的改性硅藻土的制备方法为：（1）将硅藻土粉末加入质量分数为20~30%的双氧水溶液中，并在45℃~55℃、搅拌速度为80r/min～100r/min的条件下搅拌40min～60min；（2）对混合物过滤，取出硅藻土在700℃～800℃的高温条件下煅烧60min～90min，破碎，制得改性硅藻土。
2.根据权利要求1所述的生物炭土壤修复剂，其特征在于，所述生物炭为桉树枝生物炭，所述桉树枝生物炭制备方法为：将桉树枝放在一密闭铁盒中，装满，放置在马福炉中，在500℃条件下保持2h，取出，立即用氮气冷却到90℃，待温度降至室温后取出，即得到制备好的生物炭。
3.根据权利要求2所述的生物炭土壤修复剂，其特征在于，所述桉树枝在使用前先粉碎成2~5mm大小，然后在60~70℃条件 下烘至恒质量。
4.根据权利要求1所述的生物炭土壤修复剂，其特征在于，所述麦饭石粒包含Fe2O3 4~5％，CaO 2~3％，Na2O 2~2.5％，K2O 0.1~0.2％，Si02 65~75％。
5.根据权利要求1所述的生物炭土壤修复剂，其特征在于，所述草木灰按质量份数计为黄豆杆灰10~15份、茶枝灰20~25份和稻杆灰10~15份组成。
6.一种如权利要求1～7任一项所述的生物炭土壤修复剂的制备方法，包括以下步骤：
将生物炭80份～100份；麦饭石15份～20份；改性硅藻土10份～15份；草木灰15份～20量份；腐殖酸5份～10份混合，研磨，过200目筛，得到所述生物炭土壤修复剂。
7.一种生物炭土壤修复剂应用方法，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的土壤修复剂与受污染土壤混合，调节受污染土壤的含水量25%~30%。
8.根据权利要求7所述的生物炭土壤修复剂应用方法，其特征在于，所述生物炭土壤修复剂的添加量为受污染土壤质量的7％～10％。
9.根据权利要求7所述的物炭土壤修复剂应用方法，其特征在于，所述修复的时间为25天～35天。
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