一种修复钒污染土壤的生物炭及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种修复钒污染土壤的生物炭，其制备方法，将水稻秸秆放置于陶瓷坩埚中，压实后盖上坩埚盖，置于马弗炉高温热解2h，温度设置650℃；待马弗炉内温度降低后，取出水稻秸秆生物炭置于干燥器中冷却；将冷却后的水稻秸秆生物炭研磨过200目筛，得到所需的生物炭材料。本发明专利技术提供的修复钒污染土壤的生物炭，用于修复钒污染的土壤，能有效降低土壤中水溶态钒、有效态钒和五价钒，同时还能改良土壤理化性质。

Biochar for remediation of vanadium contaminated soil and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种修复钒污染土壤的生物炭及其制备方法和应用
本专利技术属于土壤污染治理领域，具体涉及一种修复钒污染土壤的生物炭及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，我国钒产量逐年整长，年平均增速达16.8％，高于全球平均水平，作为对世界钒产量增量贡献最大的国家，目前我国已拥有超过世界四分之一的钒产能。近年来，我国钒污染事件相继在湖北监利、河南淅川、湖南沅陵、湖南辰溪、陕西山阳等地发生。我国湖南某钒渣堆放区周围的V含量为1613.30mg/kg，是我国土壤背景值的14.9倍。我国西南地区已有26.49％的土壤受到V污染。四川攀西地区某尾矿周围的土壤V含量为100.03mg/kg，农田土壤V含量为99.96mg/kg。攀枝花某冶炼区土壤中V的含量最高可达938.4mg/kg，远远超过中国土壤钒背景值。污染物进入土壤后，土壤自身的净化作用会降低污染物的含量或者毒性，但超过土壤环境容量时，进入土壤环境的污染物不能得到消除或解毒，便需要人们采用适宜的技术手段对受污染土壤进行修复。目前对于钒污染土壤修复的研究中，钝化法较为常见。李天然等采用铁基固体材料和液态铁基稳定剂对钒污染土壤进行固化和稳定化研究，采用对修复后土壤的浸出液中污染元素的浓度进行测定的方法来评价修复效果，其中，0.5％添加量的FeSO4稳定剂可以使稳定效率达到100.0％，1％添加量的铁粉和硫酸亚铁可以使钒的固定效率分别达到97.7％和98.8％。张文杰等采用壳聚糖和活性炭对钒污染土壤进行修复，其中1％添加量的壳聚糖在30d时对钒具有最高稳定化率，为74.04％。丁旭彤等利用钙基固化剂修复钒污染土壤的研究结果表明，在添加量分别为0.5％、1％和2％时，三种钙基固化剂对钒的固化率由高到低依次为氧化钙>氯化钙>羟基磷灰石，其中在添加量为2％固化3h时，氧化钙对钒的固化率为99.0％；施加氧化钙后，土壤中钒的残渣态占比为22.9％，与对照相比提高了76.2％。钝化法的原理是利用钝化材料将土壤中的重金属离子的生物可利用性降低，从而减少其对植物的影响以及降低重金属的迁移性，因此，选择合适的钝化材料十分重要，其中能够对土壤环境影响较小，并不会产生二次污染的材料尤为关键。生物炭是在缺氧条件下由生物质热化学转化得到的固体产物，可作为改良土壤、提高资源利用率、改善特定环境污染的添加剂，是减少温室气体排放的有效手段。生物炭的大量元素组成及灰分的元素组成往往可以成为土壤养分而被植物吸收利用，因此生物炭是一种不可或缺的有机肥料，对环境造成的危害也更小。大多数生物炭呈碱性，这样的酸碱特性使得生物炭可以应用于酸性土壤的改良及重金属污染土壤修复。作为一种环境友好的材料，生物炭目前在环境中的应用已经覆盖了方方面面，比如作为土壤改良剂应用于贫瘠土壤的肥力改良；作为生物载体用于水污染修复；作为重金属钝化剂对重金属污染土壤进行钝化修复等。目前，生物炭应用于环境中钒污染的相关研究主要集中在对钒污染水体的修复，其在钒污染土壤修复中的应用研究较为薄弱，因此，开发一种可用于修复钒污染土壤的生物碳型稳定剂是一个亟待研究解决的问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种修复钒污染土壤的生物炭及其制备方法和应用，采用水稻秸秆生物炭作为改良材料，探索一种高效且环境友好的钒污染土壤改良方法。具体的技术方案：一种修复钒污染土壤的生物炭，具体制备方法如下：将水稻秸秆放置于陶瓷坩埚中，压实后盖上坩埚盖，置于马弗炉高温热解2h，温度设置650℃，待马弗炉内温度降低后，取出水稻秸秆生物炭置于干燥器中冷却。将冷却后的水稻秸秆生物炭研磨过200目筛(粒径<0.075mm)，得到所需的生物炭材料。本专利技术提供的修复钒污染土壤的生物炭，用于修复钒污染的土壤，能有效降低土壤中水溶态钒、有效态钒和五价钒，同时还能改良土壤理化性质。附图说明图1为实施例所得的水稻秸秆生物炭的表面形貌；图2为实施例所得的水稻秸秆生物炭的红外光谱图；图3为实施例所得的水稻秸秆生物炭对土壤中钒的吸附量；图4a为实施例所得的水稻秸秆生物炭对土壤中钒的解吸率；图4b为实施例所得的水稻秸秆生物炭对土壤中钒的解吸量；图5a含钒浓度为0mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤水溶态钒含量随时间的变化；图5b含钒浓度为150mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤水溶态钒含量随时间的变化；图5c含钒浓度为300mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤水溶态钒含量随时间的变化；图5d含钒浓度为600mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤水溶态钒含量随时间的变化；图5e含钒浓度为1000mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤水溶态钒含量随时间的变化；图6a含钒浓度为0mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤有效态钒含量随时间的变化；图6b含钒浓度为150mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤有效态钒含量随时间的变化；图6c含钒浓度为300mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤有效态钒含量随时间的变化；图6d含钒浓度为600mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤有效态钒含量随时间的变化；图6e含钒浓度为1000mg/kg的土壤中，不同水稻秸秆生物炭添加量条件下土壤有效态钒含量随时间的变化；图7a不同处理组对土壤有效态钒固定率随时间的变化；图7b不同钒及水稻秸秆生物炭添加量时土壤pH随时间的变化；w：周；图7c不同钒及水稻秸秆生物炭添加量时土壤有机质含量随时间的变化；w：周；图7d不同钒及水稻秸秆生物炭添加量时土壤有效磷含量随时间的变化；w：周；图7e不同钒及水稻秸秆生物炭添加量时土壤碱解氮含量随时间的变化；w：周；图7f不同处理组各粒级水稳性团聚体的质量百分比；图8a淋滤液中水溶态五价钒浓度变化；图8b淋滤液中水溶态总钒浓度变化；图8c淋滤后不同处理组土壤钒的Tessier形态分布(不同字母表示同一形态不同处理间差异性显著(P<0.05))；图8d淋滤液pH变化；图8e淋滤液电导率变化；图8f淋滤液总磷浓度变化；图9a不同处理组平均重量直径(MWD)变化(ABC字母不同为同一外源添加钒浓度组不同生物炭添加量具有显著性差异(P<0.05)；abc字母不同为同一生物炭添加量组不同外源添加钒浓度具有显著性差异(P<0.05))；图9b不同处理组几何平均直径(GMD)变化(ABC字母不同为同一外源添加钒浓度组不同生物炭添加量具有显著性差异(P<0.05)；abc字母不同为同一生物炭添加量组不同外源添加钒浓度具有显著性差异(P<0.05))；图9c不同处理组粒径大于0.25mm的团聚体含量(R>0.25)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种修复钒污染土壤的生物炭制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将水稻秸秆放置于陶瓷坩埚中，压实后盖上坩埚盖，置于马弗炉高温热解2h，温度设置650℃；/n待马弗炉内温度降低后，取出水稻秸秆生物炭置于干燥器中冷却；/n将冷却后的水稻秸秆生物炭研磨过200目筛，得到所需的生物炭材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种修复钒污染土壤的生物炭制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水稻秸秆放置于陶瓷坩埚中，压实后盖上坩埚盖，置于马弗炉高温热解2h，温度设置650℃；
待马弗炉内温度降低后，取出水稻秸秆生物炭置于干燥器中冷却；
将冷却后的水稻秸秆生物炭研...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金燕，李金鑫，于雅琪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51