一种吸附多重重金属阳离子钝化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于土壤重金属污染治理技术领域，提出了一种吸附多重重金属阳离子钝化剂及其制备方法，该钝化剂由以下重量份的组分组成：坡缕石30～50份，磷酸二氢钾10～20份，纳米羟基磷灰石10～20份，铁基化合物5～10份，还原性铁粉5～10份，环氧氯丙烷30～50份，氨水35～60份，正硅酸乙酯3～5份，作物秸秆30～50份，谷氨酰胺4～10份，活性菌剂1～3份，吐温80 6～10份。本发明专利技术解决了现有技术中钝化剂功能单一、易造成土壤理化性质的改变和土壤保水性、通透性变差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附多重重金属阳离子钝化剂及其制备方法
本专利技术属于土壤重金属污染治理
，涉及一种吸附多重重金属阳离子钝化剂及其制备方法。
技术介绍
土壤重金属污染已成为全球性环境问题，因其具有隐蔽性、不可逆性和长期性的特点，对生态系统构成了潜在的威胁，并通过食物链向植物和动物迁移，人类处在食物链的顶端，成为最大的受害者，因此重金属污染土壤修复迫在眉睫。目前重金属污染土壤修复方法主要包括：客土法、土壤淋滤法、植物修复和重金属钝化方法。“客土法”需要投入较大的人力物力，修复成本较高，难以大范围推广：土壤淋洗会导致土壤结构破坏和土壤营养元素的损失，且土壤淋洗液容易造成土壤的二次污染；植物修复作为一种经济易行、环境友好型的一种重金属污染土壤修复技术，但是修复时间较长，特别适合闲置重金属矿区污染土壤修复。对于轻、中度重金属污染的土壤，在不影响农业生产的条件下主要采用重金属钝化方法来抑制镉的活性。重金属钝化修复是向土壤中添加钝化剂，通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列反应，降低重金属污染物的生物有效性和可迁移性。在众多钝化剂中，作物秸秆具有很大的应用前景。作物秸秆是农业生产过程中的主要副产物，同时也是一种重要的生物质资源，近年来，农村劳动力向城市发生转移，使农作物播种任务加重，同时农村的能源结构发生变化，导致秸秆在田间直接焚烧或移除农田随意废弃丢置，造成了严重的环境问题，不利于农业可持续发展。作物秸秆含有大量的C、N、P、K以及各种微量营养元素，通过添加一些解磷菌、酵母菌等菌群处理作物秸秆，分解成多糖、多酚、羟基、羰基、羧基、甲基及侧链结构，对重金属起到螯合、沉淀作用，降低重金属的迁移性，具有重要的应用价值。尽管现有一些作物秸秆用于土壤重金属修复的相关专利技术，如专利申请公布号CN107674683A的中国专利技术专利公开了一种修复土壤重金属污染的钝化剂，由下述重量份的原料制成：膨润土矿粉25～50份，秸秆灰20～60份、禽兽粪便20～60份、石灰10～20份、氢氧化铁15～40份和磷酸盐10～30份，对酸性、中性土壤重金属污染有稳定的修复效果，但是该钝化剂中石灰类组分的添加易造成土壤理化性质的改变和土壤保水性、通透性变差，不利于微生态环境，而且，该钝化剂功能单一，仅能有效降低土壤中有效态镉的含量。因此，研究一种钝化效果好、且能够改善土壤土壤结构、增加土壤肥力的钝化剂，对于生态环境保护和粮食食品安全具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术提出一种吸附多重重金属阳离子钝化剂及其制备方法，解决了现有技术中钝化剂功能单一、易造成土壤理化性质的改变和土壤保水性、通透性变差的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种吸附多重重金属阳离子钝化剂，由以下重量份的组分组成：坡缕石30～50份，磷酸二氢钾10～20份，纳米羟基磷灰石10～20份，铁基化合物5～10份，还原性铁粉5～10份，环氧氯丙烷30～50份，氨水35～60份，正硅酸乙酯3～5份，作物秸秆30～50份，谷氨酰胺4～10份，活性菌剂1～3份，吐温806～10份。作为进一步的技术方案，由以下重量份的组分组成：坡缕石40份，磷酸二氢钾15份，纳米羟基磷灰石15份，铁基化合物8份，还原性铁粉7份，环氧氯丙烷40份，氨水48份，正硅酸乙酯4份，作物秸秆40份，谷氨酰胺7份，活性菌剂23份，吐温808份。作为进一步的技术方案，所述活性菌剂为芽孢杆菌、酵母菌、假单胞杆菌中的任意一种或多种。作为进一步的技术方案，所述作物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆中的任意一种或多种。作为进一步的技术方案，所述铁基化合物为硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁中的任意一种或多种。一种吸附多重重金属阳离子钝化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照权利要求1～5任意一项所述的一种吸附多重重金属阳离子钝化剂的配方，称取各个组分备用；S2、作物秸秆预处理：将作物秸秆烘干、粉碎成粒径为200目，得到预处理后的作物秸秆；S3、作物秸秆改性：向步骤S2得到的预处理后的作物秸秆中依次加入环氧氯丙烷、氨水、吐温80、正硅酸乙酯混合均匀后去离子水清洗，干燥后过200目筛，制得改性后的作物秸秆；S4、坡缕石预处理：将坡缕石粉碎研磨至200目粒径，得到研磨后的坡缕石；S5、原料预混：将磷酸二氢钾、纳米羟基磷灰石、谷氨酰胺混合后加入去离子水制成胶状，烘干后冷却，粉碎至200目粒径，得到预混料；S6、制备活性菌剂：将活性菌株纯化后接种培养基质中，得到活性菌剂；S7、将步骤S3制得改性后的作物秸秆与步骤S4得到的研磨后的坡缕石、步骤S5得到的预混料混合后，接入步骤S6制得的活性菌剂，调节水分在15％～25％，在25℃培养3d，得到吸附多重重金属阳离子钝化剂。作为进一步的技术方案，步骤S3具体为以下步骤：S31、向步骤S2得到的预处理后的作物秸秆中加入环氧氯丙烷和氨水，在100℃下第一次搅拌60min，S32、第一次搅拌结束后再加入吐温80，在100℃下第二次搅拌60min，S33、第二次搅拌结束后再加入正硅酸乙酯，在室温下置于摇床摇匀；S34、摇匀后用去离子水在在30℃清洗，并在60℃真空干燥12h后过200目筛，制得改性后的作物秸秆。作为进一步的技术方案，步骤S31所述的摇床转速为125r/min。作为进一步的技术方案，步骤S6具体为：S61、污染土壤裂解液制备：取污染土壤，加水调节其浓度为10～20g/L，调节pH到5.0～7.0，在25℃的条件下裂解0.5～5小时，得到污染土壤裂解液；S62、离心分离：将步骤S61得到的污染土壤裂解液在600r/min离心15～30分钟，收集污染土壤裂解上清液，并回收沉淀物；S63、培养基质优化：将步骤S62收集得到的污染土壤上清液分为等体积两部分，将其中一部分的pH调节至7左右，静置18～24小时后收集上清液，与另一部分污染土壤裂解上清液混合，得到优化的培养基质；S64、将活性菌株纯化后接种到步骤S63得到的优化的培养基质中，菌体浓度为105～107个/mL，25～35℃好氧培养24～48小时，进行送样检测，得到活性菌剂。本专利技术使用原理及有益效果为：1、本专利技术中，特定配比的原料及制备方法都是专利技术人付出大量心血研究得出的，整个配方中的各个组分相互配合，起到了相互增效和协同的作用，使得制备的钝化剂不仅能够吸附污染土壤中的镉、砷、汞、铬重金属，而且吸附效果稳定，处理后的土壤种植作物后作物籽粒中重金属的含量显著降低，同时，能够快速恢复土壤中的微生态环境，更适于作物生长，从而提高了作物产量，适宜推广使用。2、本专利技术中，采用制备方法中采用分步混合的方法，先将磷酸二氢钾、纳米羟基磷灰石、谷氨酰胺混合得到预混物后再与改性作物秸秆、坡缕石混合，之后再与活性菌剂混合，使得制备的钝化剂性能更加稳定，纳米级羟基磷灰石能够更好的与可溶性磷酸盐相互作用，稳定重金属，减少其迁移，降低重金属离子对植物体的毒害，从而改善了土壤品质，因此，提高了作物产量。3、本专利技术中，通过对作物秸秆进行化学改性，使作物秸秆释放出多酚、羟基、羰基、羧基这些官能基团，螯合重金属阳离子，降低重金属的迁移性，处理后的秸秆呈絮状，为活性菌粉提供了着床，处理后的秸秆通过释放的多糖，氮磷钾元素为活性菌粉提供营养，秸秆的絮状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附多重重金属阳离子钝化剂，其特征在于，由以下重量份的组分组成：坡缕石30～50份，磷酸二氢钾10～20份，纳米羟基磷灰石10～20份，铁基化合物5～10份，还原性铁粉5～10份，环氧氯丙烷30～50份，氨水35～60份，正硅酸乙酯3～5份，作物秸秆30～50份，谷氨酰胺4～10份，活性菌剂1～3份，吐温80 6～10份。

【技术特征摘要】
1.一种吸附多重重金属阳离子钝化剂，其特征在于，由以下重量份的组分组成：坡缕石30～50份，磷酸二氢钾10～20份，纳米羟基磷灰石10～20份，铁基化合物5～10份，还原性铁粉5～10份，环氧氯丙烷30～50份，氨水35～60份，正硅酸乙酯3～5份，作物秸秆30～50份，谷氨酰胺4～10份，活性菌剂1～3份，吐温806～10份。2.根据权利要求1所述的一种吸附多重重金属阳离子钝化剂，其特征在于，由以下重量份的组分组成：坡缕石40份，磷酸二氢钾15份，纳米羟基磷灰石15份，铁基化合物8份，还原性铁粉7份，环氧氯丙烷40份，氨水48份，正硅酸乙酯4份，作物秸秆40份，谷氨酰胺7份，活性菌剂23份，吐温808份。3.根据权利要求1所述的一种吸附多重重金属阳离子钝化剂，其特征在于，所述活性菌剂为芽孢杆菌、酵母菌、假单胞杆菌中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种吸附多重重金属阳离子钝化剂，其特征在于，所述作物秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种吸附多重重金属阳离子钝化剂，其特征在于，所述铁基化合物为硫酸铁或硫酸亚铁。6.一种吸附多重重金属阳离子钝化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、按照权利要求1～5任意一项所述的一种吸附多重重金属阳离子钝化剂的配方，称取各个组分备用；S2、作物秸秆预处理：将作物秸秆烘干、粉碎成粒径为200目，得到预处理后的作物秸秆；S3、作物秸秆改性：向步骤S2得到的预处理后的作物秸秆中依次加入环氧氯丙烷、氨水、吐温80、正硅酸乙酯混合均匀后去离子水清洗，干燥后，过200目筛，制得改性后的作物秸秆；S4、坡缕石预处理：将坡缕石粉碎研磨至200目粒径，得到研磨后的坡缕石；S5、原料预混：将磷酸二氢钾、纳米羟基磷灰石、谷氨酰胺混合后加入去离子水制成胶状，烘干后冷却，粉碎至200目粒径，得到预混料；S6、制备活性菌剂：将活性菌株纯化后接种培养基质中，得到活性菌剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德喜，于松，李雅琼，汤丁丁，
申请(专利权)人：河北德龙环境工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13