降低土壤镉含量的复合钝化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法，主要包含以下步骤：步骤1：枯草芽孢杆菌依次经活化、扩培，获得枯草芽孢杆菌的菌悬液；步骤2：所得枯草芽孢杆菌的菌悬液浓度为10

【技术实现步骤摘要】
降低土壤镉含量的复合钝化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及土壤重金属修复的
，更具体地说，本专利技术涉及一种降低土壤镉含量的复合钝化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
2014年，国家环保部与国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报(2014)》显示，全国土壤总的点位超标率为16.1％，其中镉(Cd)、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0％、1.6％、2.7％、2.1％、1.5％、1.1％、0.9％和4.8％，其中Cd超标率最高。由于利用强度高、化肥农药等投入量大、污水灌溉比例高等原因，菜地土壤Cd污染问题尤为突出。Cd在土壤-作物系统中的迁移性很强，易在作物体内富集，并通过食物链威胁人类健康。因此，选取合适方法修复土壤Cd污染，可降低土壤Cd生物有效性，恢复其正常的农业安全生产价值，使农产品达到国家食品卫生标准要求；同时可促进对有限耕地资源的高效利用，缓解人口增长与耕地减少的矛盾，有利于社会稳定发展。目前生物炭在土壤重金属污染修复的研究多集中于生物炭的单独施用，将生物炭施到土壤，能增加土壤有机物质，提高土壤肥力，使作物增产。生物炭的施用能够显著影响土壤中重金属的形态和迁移行为，生物炭能降低土壤中Pb、Cd的酸可提取态含量，因而降低重金属的生物有效性，对重金属表现出很好的固定效果(孟莉蓉etal.，2018)。与活性炭等一些吸附材料相比，生物炭具有较低的吸附金属成本，是一种很有前途的吸附剂。Inyang等人研究发现生物炭对Pb、Ni、Cd和Cr的金属吸附能力分别为2.4-147mg/g、19.2-33.4mg/g、0.3-39.1mg/g和3.0-123mg/g(Inyangetal.，2016)。但是因为生物炭的孔隙度和官能团有限，其对于重金属的吸附能力仍低于活性炭等一些材料并且不能迅速和自然地扩散。对于浓度较高的受污染介质，需要在去除过程中添加大量的生物炭，从而增加了处理费用。研究发现炭化后的生物炭，基本保留了原有生物质的良好孔隙结构，具有较大的孔隙度和比表面积和丰富的土壤养分元素N、P、Ca、Mg、K及微量元素Mn、Zn、Cu等，同时生物炭还为土壤微生物提供更多载体(Chenetal.，2012)，生物炭作为一种土壤改良剂，可以减少土壤污染物对土壤微生物的毒性，有利于微生物数量和活性的增加(Andersonetal.，2014)。土壤微生物作为土壤中有生命的有机胶体，具有比表面积大，吸附及络合能力强等特点，因此微生物及其与土壤胶体成分的相互作用对重金属的修复有深刻的影响。微生物可以通过来对环境中重金属离子进行吸收、沉淀、固定、共价转化等方式，把重金属离子转化为低毒产物，从而降低环境中重金属的毒性。微生物修复重金属污染土壤因低成本、低能耗、高效率、无二次污染等特点具有非常好的应用前景。有研究表明研究枯草芽孢杆菌对土壤生物有效态Cd含量的影响，证实枯草芽孢杆菌可以降低土壤中有效Cd的含量，使有效态Cd向其他形态Cd转移(李晓晴，2013；纪宏伟etal.，2015)，但是枯草芽孢杆菌直接施加到土壤后受不同地区的土壤理化性质和农民使用技术参差不齐等因素的影响，容易导致的菌体活性下降，使得实际的钝化效果远低于理论效果。生物炭和微生物施入土壤后均对土壤中重金属的修复起到一定作用，但是目前将生物炭修复与微生物修复相结合的研究较少。目前仅在戚鑫等人研究的生物炭固定化微生物对U、Cd污染土壤的原位钝化修复中，报道将枯草芽孢杆菌、柠檬酸杆菌和蜡样芽胞杆菌等比混合后制成菌悬液，与生物炭按体积质量比为100:10混合制备成干燥的吸附固定微生物生物炭，或者与生物炭按体积质量比为100:10混合后，再用质量分数2％的海藻酸钠及4％氯化钙溶液包埋固定，制备成干燥的包埋固定微生物生物炭，从文献中的图4中可分析出，在土壤中添加3％吸附固定微生物生物炭在75天处理后Cd去除率为56％；而添加3％包埋固定微生物生物炭在75天处理后，Cd浓度为1.75mg/kg，而空白对照浓度接近2.2mg/kg，根据文献中提供的去除率的计算公式，计算可得去除率在20.5％左右，虽然实现了重金属Cd一定程度上的降低，但是相对吸附固定微生物生物炭的去除率较低，且对于全国土壤总的点位超标率最高的Cd来说降低效果仍表现不够突出，并且在不同区域真正使用操作时，也会因土质及操作技术等条件使得实际结果和理论结果有所差异。综合上述，生物炭和细菌在处理土壤重金属方面均有一定的效果，但是各自的弊端也非常突出，即使将二者混合施用，仍无法克服材料自身固有的缺陷以及制备方法上的改进。因此市场上亟需开发一种可以综合适用各种常规土壤环境，适用范围广，治理时效长，达到长效治理和不断扩大范围治理的目的，综合治理效果好且施用简便的、可降低土壤重金属镉的钝化剂。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法，将枯草芽孢杆菌的菌悬液和生物炭按2.5:1混合制备成复合体后，经3％的海藻酸钠溶液和1％的氯化钙溶液包埋固定而成的复合钝化剂，稳定性好且镉的去除率高。本专利技术还有一个目的是提供一种利用降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法制备成的复合钝化剂，可有效的将制备方法转换成产品，且易于操作和实现。本专利技术还有一个目的是提供一种利用降低土壤镉含量的复合钝化剂在油菜种植中的应用，实际应用到油菜的盆栽试验中，可将土壤中有效态镉最高降低80.92％。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法，主要包含以下步骤：步骤1：枯草芽孢杆菌依次经过活化、扩培后，获得枯草芽孢杆菌的菌悬液；其中，所得枯草芽孢杆菌的菌悬液的浓度为108-109cfu/mL；步骤2：所得枯草芽孢杆菌的菌悬液和生物炭以体积：质量为2.5:1的比例混合后，振荡培养45-55h，得到枯草芽孢杆菌-生物炭复合体；步骤3：所得枯草芽孢杆菌-生物炭复合体与质量百分比为3％的海藻酸钠溶液等体积混合均匀，形成复合凝胶剂；再用注射器将所得复合凝胶剂逐滴滴入等体积质量百分比为1％的氯化钙溶液中，边滴边搅拌以形成复合体微球，再静止24h，得到复合钝化剂。优选的是，步骤1中所述活化的具体方法为：将保存的枯草芽孢杆菌接种到固体斜面斜面培养基中，在32-37℃，培养20-28h；其中，所述固体斜面培养基包含以下重量份的组分：蛋白胨3-8份、牛肉膏1-3份、氯化钠1-3份、琼脂6-8份以及去离子水400-600份，并调节pH为7.6。优选的是，步骤1种所述扩培的具体方法为：将活化后的枯草芽孢杆菌接种到液体培养基中，接种量按质量百分比为5-10％，在28-32℃、160-200rpm下振荡培养16-24h，获得所述枯草芽抱杆菌的菌悬液；其中，所述液体培养基包含以下重量份的组分：蛋白胨3-8份、牛肉膏1-3份、氯化钠1-3份以及去离子水400-600份，并调节pH为7.6。优选的是，步骤2所述生物炭是由麦秸秆碳化而成，具体制备方法为：将若干重量份的麦秸粉碎后，在350-550℃碳化2-3h后，冷却至室温，取出，经研磨后孔径为1-2毫米筛后，得到所述生物炭。优选的是，步骤2中振荡培养的温度为：2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法，其中，主要包含以下步骤：步骤1：枯草芽孢杆菌依次经过活化、扩培后，获得枯草芽孢杆菌的菌悬液；其中，所得枯草芽孢杆菌的菌悬液的浓度为10

【技术特征摘要】
1.一种降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法，其中，主要包含以下步骤：步骤1：枯草芽孢杆菌依次经过活化、扩培后，获得枯草芽孢杆菌的菌悬液；其中，所得枯草芽孢杆菌的菌悬液的浓度为108-109cfu/mL；步骤2：所得枯草芽孢杆菌的菌悬液和生物炭以体积：质量为2.5:1的比例混合后，振荡培养45-55h，得到枯草芽孢杆菌-生物炭复合体；步骤3：所得枯草芽孢杆菌-生物炭复合体与质量百分比为3％的海藻酸钠溶液等体积混合均匀，形成复合凝胶剂；再用注射器将所得复合凝胶剂逐滴滴入等体积质量百分比为1％的氯化钙溶液中，边滴边搅拌以形成复合体微球，再静止24h，得到复合钝化剂。2.如权利要求1所述的降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法，其中，步骤1中所述活化的具体方法为：将保存的枯草芽孢杆菌接种到固体斜面斜面培养基中，在32-37℃，培养20-28h；其中，所述固体斜面培养基包含以下重量份的组分：蛋白胨3-8份、牛肉膏1-3份、氯化钠1-3份、琼脂6-8份以及去离子水400-600份，并调节pH为7.6。3.如权利要求1所述的降低土壤镉含量的复合钝化剂的制备方法，其中，步骤1中所述扩培的具体方法为：将活化后的枯草芽...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘微，孙庆超，乔建晨，梁淑轩，赵春霞，刘红梅，武晓微，崔哲，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13