一种降低重金属离子含量和缓释功能的肥料制备方法技术

本发明专利技术涉及一种能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料及其制备方法，该缓释肥料采用硫化钠、聚乙烯醇、九水合硝酸铝、六水合硝酸镁、木质素和尿素为反应原料，反应制备了一种以含硫水滑石和木质素为载体的缓释肥料。该缓释肥料中的硫离子可以与重金属离子生成不溶于水的硫化物沉淀，达到降低土壤中迁移态重金属离子含量的效果，同时含硫水滑石和木质素组成的复合物具有对尿素的缓释功能。这种双功能肥料在不影响正常农业生产的同时，能降低土壤中由过量重金属离子造成的环境污染，减少了土壤治理的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种降低重金属离子含量和缓释功能的肥料制备方法
：本专利技术提供一种能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料，同时提供该缓释肥料的制备方法，属于有机无机复合材料领域。
技术介绍
：随着工业发展及城市化程度的不断提高，土地资源日趋紧张，当今世界正在饱受各种环境问题的困扰。由于金属矿山开采冶炼、工业和生活污水的排放、含重金属农药和化肥的施用、污水灌溉等，土壤重金属污染问题日益严重。据统计，我国重金属污染的土壤面积约2×107hm2，约占全国总耕地面积的1/6。如用这样的土壤再进行农业生产，种植出来的植物中重金属含量也往往会高过正常要求。重金属污染对农作物产品的质量产生严重影响。若这些重金属含量高的植物被人畜等食用，可能影响人畜的生理机能，并会造成严重的社会和经济危害。因此降低土壤的重金属含量是一项非常重要的课题。目前已有的清除重金属离子的方法：向土壤中直接施加硫化钠(陈宏，生态环境，2003年第12卷第3期，285-288页)，通过使土壤中的可迁移态重金属离子变成重金属硫化物沉淀，从而减少植物对可迁移态重金属离子吸收。但是这种方法缺陷是硫化钠易溶于水，易随雨水等流失，从而降低了其持续清除土壤中重金属离子的效果。另一种清除重金属离子的方法：通过种植能富集重金属离子的特种植物，然后收集这些植物，进行集中处理，从而降低土壤中可迁移态重金属离子的含量(CN1903459)。但是这种方法打断了正常的农业生产，耗时长，成本高，因而应用也受到限制。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料的制备方法，该方法制备的缓释肥料具有降低土壤中迁移态重金属离子含量和缓释尿素的双重功能，制备方法简单且成本低，易实现工业化生产。本专利技术另外一个目的是提供具有能降低土壤中重金属离子含量和缓释功能的肥料，该肥料能有效降低土壤中可迁移态重金属离子含量。本专利技术的具体技术方案如下：一种能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料的制备方法，其制备步骤如下：(1)将硫化钠、聚乙烯醇依次加入到水中，搅拌10～60min混合均匀，得混合液备用；其中硫化钠、聚乙烯醇和水的重量比为(0.5～7.8)：(35～120)：(350～800)；(2)将九水合硝酸铝、六水合硝酸镁混合加入去除二氧化碳的水中，在搅拌条件下用碱液调节混合液pH至7.0～10.0；再将混合液置于70～95℃，在氮气保护下反应2～24h，过滤出胶状物备用；其中九水合硝酸铝、六水合硝酸镁和去除二氧化碳的水三者重量比为(2.6～3.3)：(3.2～4.4)：(45～90)；(3)将步骤(1)所得混合液与步骤(2)所得胶状物按(1～4)：1重量比例搅拌，搅拌温度为50～90℃，搅拌时间不低于20min，反应得胶状液；(4)将步骤(3)所得胶液和木质素按重量比(20～35)：(2～4)混合，温度20～80℃，搅拌时间不低于20min；(5)将步骤(4)所得胶液和尿素按重量比为(22～39)：(4～8)混合搅拌，温度25～90℃，搅拌时间不低于20min，烘干、造粒，得到缓释肥料。本专利技术的进一步设计在于：步骤(1)中硫化钠、聚乙烯醇和水的重量比优选为2.5：35：750.步骤(2)中九水合硝酸铝、六水合硝酸镁和去除二氧化碳的水三者重量比优选为3.3：4.2：75。步骤(3)中优选将步骤(1)所得混合液与步骤(2)过滤出的胶状物按4：1重量比例混合搅拌。步骤(4)中优选将步骤(3)所得胶液和木质素按重量比8：1混合搅拌。步骤(5)中优选将步骤(4)所得胶液和尿素按重量比为6：1混合搅拌。其中，步骤(1)中所述聚乙烯醇分子量为400～3500；木质素来自造纸黑液中提取的木质素和工业木质素磺酸盐。其中，步骤(2)中所述碱采用5～25wt％NaOH溶液。本专利技术还提供由上述制备方法制得能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料，以及该缓释肥料在降低土壤中可迁移态重金属离子含量方面的应用。相比现有技术本专利技术具有如下优点：本专利技术方法中，步骤一是为了制备聚乙烯醇与硫离子的复合物，硫离子存在于聚合物三维网络中，并与聚合物链上的极性羟基作用，起到限制硫离子流失的作用。步骤二的反应条件设置为pH至7.0～10.0；再将混合液置于70～95℃是为了合成出层状结构的水滑石，采用去除二氧化碳的水和氮气环境，是为了防止生成含碳酸根的水滑石，若得到层间为碳酸根的水滑石，则不利于下一步的离子交换反应。步骤三通过离子交换反应，能得到层间含有聚乙烯醇与硫离子的复合物的类水滑石体，这种类水滑石体中位于水滑石层板间的硫更不易流失。步骤四含硫水滑石与木质素先发生反应，而不是含硫水滑石与木质素和尿素同时反应，是为了利用含硫水滑石中聚乙烯醇极性羟基基团和水滑石刚性层板上与金属键合的极性较强的羟基，能与富含酚羟基的木质素发生作用，将致密的球核型结构的木质素变成松散型的结构，松散型的木质素结构有利于承载和吸附更多的尿素分子，当尿素分子吸附和分散在木质素的三维聚合物网络中，整个体系起到缓释尿素的作用。1.与硫化钠法相比，本专利技术方法制备的双功能肥料不仅可做缓释肥料供植物持续吸收营养，还通过将硫离子附载在水滑石层间，使硫离子不易流失，增强了这种双功能肥料的持续清除土壤中重金属离子的能力。2.与种植特种植物清除土壤中重金属离子方法相比，使用本专利方法制备的双功能肥料在不干扰农业生产，正常收获农作物的同时，又可降低土壤中重金属离子含量，具有一石二鸟的功能。本专利技术针对现有技术情况，以木质素、含硫的水滑石粘土和尿素为原料制备了一种能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料。该肥料的优势是同时具有两种功能：(1)既是一种能降低土壤中可迁移态重金属离子含量的吸收剂，(2)又能作为具有缓释性能的肥料提供植物生长所必须的营养元素。使用这种双功能的肥料能使土壤环境的治理和正常的农业生产两种工作同时进行，节省成本，具有较强的经济优势。本专利技术的双效肥料原理分析如下：本专利技术采用的木质素来自造纸黑液中提取的木质素和工业木质素磺酸盐，木质素是一种源自天然的高分子，其有酚羟基等极性基团，一般呈致密的球核型结构，由于木质素能抑制土壤中的脲酶活性，使肥料的氨态氮释放率降低，因此木质素是很好的缓释氮肥的载体。本专利技术使用的无机碱是氢氧化钠，使用的铝盐是三氯化铝和硝酸铝，镁盐为硝酸镁和氯化镁，粘土为镁铝水滑石。水滑石的分子式为[Mg1-xAlx(OH)2]x-1(An-x/n)，x的范围为0.2～0.33，A为Cl-或NO3-；聚乙烯醇(PVA)分子量为400～3500。水滑石是一种层状化合物，其层板带正电荷，层板之间可吸附硫离子等带负电菏的阴离子，因此水滑石又被称为阴离子粘土。本专利技术先制备由硫化钠和聚乙烯醇组成的混合溶液，该混合溶液中的阴离子与层板带正电荷的水滑石作用，则水滑石层板间吸附由硫离子和聚乙烯醇链组成的复合物，制成含硫的水滑石，然后用该含硫水滑石与木质素复合，因为水滑石表面羟基极性基团和水滑石层板间极性的聚乙烯醇链可以与木质素上的酚羟基等极性基团相互作用，使木质素致密的球核形结构变得松散，而松散结构的木质素比致密的球核形结构的木质素能负载更多的尿素分子，在木质素、水滑石粘土层板与粘土层间聚乙烯醇复合结构作用下尿素分子的释放具有缓释特性。另外，本专利技术制备的双功能缓释肥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料的制备方法，其制备步骤如下：(1)将硫化钠、聚乙烯醇依次加入到水中，搅拌10～60min，混合均匀得混合液备用；其中硫化钠、聚乙烯醇和水的重量比为0.5～7.8：35～120：350～800；(2)胶状物由九水合硝酸铝、六水合硝酸镁和去除二氧化碳的水反应制得，所述的九水合硝酸铝、六水合硝酸镁和去除二氧化碳的水三者重量比为2.6～3.3：3.2～4.4：45～90；(3)将步骤(1)所得混合液与步骤(2)过滤出的胶状物按1～4：1重量比例混合搅拌，搅拌温度为50～90℃，时间20min～24h，反应得胶状液；(4)将步骤(3)所得胶液和木质素按重量比20～35：2～4混合搅拌，温度为20～80℃，搅拌时间20min～12h；(5)将步骤(4)所得胶液和尿素按重量比为22～39：4～8混合搅拌，搅拌温度25～90℃，时间20min～15h，烘干、造粒，得到缓释肥料。

【技术特征摘要】
1.一种能降低土壤中重金属离子含量的缓释肥料的制备方法，其制备步骤如下：(1)将硫化钠、聚乙烯醇依次加入到水中，搅拌10～60min，混合均匀得混合液备用；其中硫化钠、聚乙烯醇和水的重量比为0.5～7.8：35～120：350～800；(2)胶状物由九水合硝酸铝、六水合硝酸镁和去除二氧化碳的水反应制得，所述的九水合硝酸铝、六水合硝酸镁和去除二氧化碳的水三者重量比为2.6～3.3：3.2～4.4：45～90；(3)将步骤(1)所得混合液与步骤(2)过滤出的胶状物按1～4：1重量比例混合搅拌，搅拌温度为50～90℃，时间20min～24h，反应得胶状液；(4)将步骤(3)所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文卓，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32