一种农田土壤重金属污染的钝化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种农田土壤重金属污染的钝化剂及其制备方法和应用，包括富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料和淀粉溶液，各成分的重量份数为：富镁硅酸盐矿物材料：30~80；活化纳米碳材料：0.1~4；褐煤活化腐殖质材料：25~40。本发明专利技术的钝化剂可在吸附固定重金属的同时，增加土壤有机质含量，增大土壤肥力进一步改良土壤。

【技术实现步骤摘要】
一种农田土壤重金属污染的钝化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及农田土壤重金属污染的钝化剂
，特别是一种土壤重金属铅(Pb)、镉(Cd)原位钝化的复合环境材料。
技术介绍
由于土壤污染来源复杂，污染种类多以及其隐蔽性和滞后性，给治理带来了非常大的困难。土壤污染分为有机污染、无机污染、重金属污染、固体废弃物污染及病原微生物污染，其中重金属污染对动植物伤害尤为严重。我国受到镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)等重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占全国总耕地面积的20％，重金属Cd污染耕地约113万hm2，涉及11省市的25个地区；粮食中含Pb量大于110mg/kg的地区也有11个。不断增加的重金属污染已导致大面积土地不能耕作。植物受Cd污染毒害时，一般表现为植物细胞和整个植株的生长发育受到比较大的抑制，细胞内的线粒体和叶绿体受到较大破坏，导致呼吸作用和光合作用受到严重削弱；叶片发黄，植株生物量下降，干物质质量减轻；保卫细胞中的水分和离子迁移受到较大影响，导致植株缺水、萎蔫。同时，受到Cd污染的植物细胞膜透性增大，细胞体内游离脯氨酸增多，严重者导致植株死亡。植物体内富集的重金属通过食物链进入到动物和人体。Cd进入人体后不易排出，主要存在于人体肝肾等器官中。Cd的慢性中毒表现为损坏肾脏吸收功能，导致人体免疫力降低，骨质疏松，软化，全身疼痛，关节受损，骨节变形。而重金属Pb在人体中累积则会损害人体神经系统，引起贫血、肾炎等症状。因此，土壤重金属污染，特别是农田土壤的重金属污染更应该被重视。目前，对重金属污染农田土壤的修复一般采用原位修复方式，主要修复技术包括化学钝化、植物修复、微生物修复等。农田土壤钝化技术是向被污染土壤中加入钝化剂，通过吸附、沉淀、离子交换等作用，改变重金属离子在土壤中的赋存状态，降低重金属污染在土壤环境中的溶解、迁移性、浸出毒性以及生物有效性，减少由于降雨淋溶或地表渗滤对动植物造成毒害。美国等发达国家对重金属钝化做了较多的研究，形成了许多成熟的土壤重金属污染钝化技术。目前，国内主要采用水泥，粉煤灰等材料处理被重金属污染的污泥，并且有很多技术手段已经被广泛应用。研究证实，一些工业副产物如石灰、粉煤灰、赤泥、沸石等，以及一些有机生物质质材料如腐殖质、风化煤等，可以稳定土壤中的Pb、Cd、Cu、Zn、Cr等重金属，使其浸出毒性大大降低。但是这方面的技术还很不成熟，没有形成整体完善的技术方案。
技术实现思路
本专利技术的技术目标是研制一种降低农田土壤重金属铅镉活性的钝化剂。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种农田土壤重金属污染的钝化剂，包括富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料和淀粉溶液，各成分的重量份数为：富镁硅酸盐矿物材料：30～80；活化纳米碳材料：0.1～4；褐煤活化腐殖质材料：25～40；浓度为5％-10％淀粉溶液：15～35。进一步的，富镁硅酸盐矿物为石棉尾矿酸浸渣，经过1小时600℃煅烧后的80-100目的SiO2含量达85％以上的复合矿物材料。进一步的，活化纳米碳材料的制备方法为：以石墨为原料，将其制成石墨电极，放入电解质溶液中，在直流脉冲电流的作用下，生成纳米碳溶胶；再加热蒸发，除去水和挥发性物质，得到活化纳米碳材料。进一步的，褐煤活化腐殖质材料的制备方法为：褐煤在粉碎机上粉碎成80-100目的颗粒，用1％-10％的盐酸溶液洗脱得褐煤腐殖质；在30-100℃条件下，褐煤腐殖质与环氧氯丙烷在10％-40％的氢氧化钠溶液中反应3-10小时，取出干燥即得褐煤活化腐殖质材料。所述的农田土壤重金属污染的钝化剂的制备方法，将富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料按配比搅拌均匀，加入浓度为5％-10％的淀粉溶液拌匀，采用造粒机制成颗粒状或棒状干燥，即得到所述的农田土壤重金属污染的钝化剂。所述的农田土壤重金属污染的钝化剂的使用方法，以钝化剂200kg/亩的用量，在耕种前一个月，均匀撒入田间，再以旋耕机翻耕两遍，保证钝化剂在农田与表层土壤搅拌均匀，后灌水停留老化。进一步的，各成分在土地中的施用量为：富镁硅酸盐矿物材料：7.5g/kg；活化纳米碳材料：0.25g/kg；褐煤活化腐殖质材料：2.5g/kg。本专利技术的有益效果：原材料中富镁硅酸盐矿物材料来源广，价格低廉，易于获取，褐煤腐殖质经过系列处理后，减少了其中钙镁离子的含量，同时增加了和重金属离子反应的有效基团的含量，同时可提升土壤pH值，促使土壤重金属离子形成碱性沉淀物，从而降低土壤重金属的活性。活化纳米碳和褐煤活化腐殖质具有一定的氮素保持和增效作用，可在吸附固定重金属的同时，增加土壤有机质含量，增大土壤肥力进一步改良土壤。附图说明图1为材料组合对玉米籽粒及地上部分干物质量的影响；图2为三种材料组合对土壤pH值的影响；图3为环境材料对土壤有机质含量的影响。具体实施方式实施例1一种农田土壤重金属污染的钝化剂，包括富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料和淀粉溶液，各成分的重量份数为：富镁硅酸盐矿物材料：30～80；活化纳米碳材料：0.1～4；褐煤活化腐殖质材料：25～40；浓度为5％-10％的淀粉溶液：15～35。富镁硅酸盐矿物为石棉尾矿酸浸渣，经过1小时煅烧600℃后的80-100目的SiO2含量达85％以上的复合矿物材料。活化纳米碳材料的制备方法为：纳米碳以石墨为原料，将其制成石墨电极，放入电解质溶液中，在直流脉冲电流的作用下，碳原子在获得能量，当碳原子获得的能量超过化学键能并同时获得具有形成纳米碳产品尺度范围碳颗粒所需要的表面能量时，这部分碳原子将与固体碳电极脱离，形成的纳米碳颗粒游离在电解液中。由于纳米尺度范围的纳米碳颗粒具有强烈的选择吸附性，它们会选择电解质中的某些负离子吸附而使其带负电从而互相排斥，即形成“双电层”，使纳米碳溶胶得以稳定生成。再加热蒸发，除去水和其它挥发性物质，得到最终的纳米碳。褐煤活化腐殖质材料的制备方法为：褐煤在粉碎机上粉碎成80-100目的颗粒，用1％-10％的盐酸溶液洗脱得褐煤腐殖质；在30-100℃条件下，褐煤腐殖质与环氧氯丙烷在10％-40％的氢氧化钠溶液中反应3-10小时，取出干燥即得褐煤活化腐殖质材料。淀粉的作用之一是粘合剂，同时淀粉作为有机大分子物质，易降解，也可以增加土壤中有机质的含量。本实施例中农田土壤重金属污染的钝化剂的制备方法：将富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料按配比搅拌均匀，加入浓度为5％-10％的淀粉溶液拌匀，采用造粒机制成颗粒状或棒状干燥，即得到所述的农田土壤重金属污染的钝化剂。本实施例中农田土壤重金属污染的钝化剂的使用方法：以200kg/亩的用量，在耕种前一个月，均匀撒入田间，再以旋耕机翻耕两遍，保证钝化剂在农田与表层土壤搅拌均匀，后灌水停留老化，即可在后续的耕作中，显著降低土壤中重金属铅镉的含量。本实施例中富镁硅酸盐矿物制备：石棉尾矿经煅烧后的实验比较(表1)，得到1小时煅烧600℃后产物富镁硅酸盐矿物(AS)功能为最佳。石棉尾矿酸浸渣由甘肃省阿克赛富利达非金属有限公司提供，煅烧等工艺由本实验室完成。表1石棉尾矿酸浸渣煅烧前后的物理化学性质本实施例中：活化褐煤腐殖质制备：褐煤来源内蒙古霍林本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农田土壤重金属污染的钝化剂，其特征在于：包括富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料和淀粉溶液，各成分的重量份数为：富镁硅酸盐矿物材料：30~80；活化纳米碳材料：0.1~4；褐煤活化腐殖质材料：25~40；浓度为5%‑10%的淀粉溶液：15~35。

【技术特征摘要】
1.一种农田土壤重金属污染的钝化剂，其特征在于：包括富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料和淀粉溶液，各成分的重量份数为：富镁硅酸盐矿物材料：30~80；活化纳米碳材料：0.1~4；褐煤活化腐殖质材料：25~40；浓度为5%-10%的淀粉溶液：15~35。2.根据权利要求1所述的农田土壤重金属污染的钝化剂，其特征在于：富镁硅酸盐矿物为石棉尾矿酸浸渣经过1小时600℃煅烧后、80-100目的SiO2含量达85%以上的复合矿物材料。3.根据权利要求1所述的农田土壤重金属污染的钝化剂，其特征在于：活化纳米碳材料的制备方法为：以石墨为原料，将其制成石墨电极，放入电解质溶液中，在直流脉冲电流的作用下，生成纳米碳溶胶；再加热蒸发，除去水和挥发性物质，得到活化纳米碳材料。4.根据权利要求1所述的农田土壤重金属污染的钝化剂，其特征在于：褐煤活化腐殖质材料的制备方法为：褐煤在粉碎机上粉碎成80-100目的颗粒，用1%-10%的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄占斌，贾建丽，马妍，王璐，孙朋成，陆中桂，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11