一种纳米零价铁土壤改良剂及其制备方法和用途技术

公开了一种土壤改良剂，其为纳米零价铁复合改性材料，所述复合材料材料包括壳聚糖、亲水改性生物炭和纳米零价铁。此外，还公开了其制备方法和用于改良Cr(VI)污染土壤的用途。该土壤改良剂更有效降低土壤中的Cr(VI)含量；同时易溶态铬向固态铬的转化比例更高。时易溶态铬向固态铬的转化比例更高。时易溶态铬向固态铬的转化比例更高。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米零价铁土壤改良剂及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于土壤改良
；涉及一种纳米零价铁土壤改良剂及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]铬(Cr)是自然界普遍存在的元素，也是生物毒性最为严重的重金属元素之一。伴随着经济的高速发展，铬化合物广泛应用于电镀、冶金、纺织、涂料、医药、印染等行业。由于含铬废水的排放以及含铬污泥的渗漏等因素，导致我国部分地区土壤铬污染状况十分严重。
[0003]在土壤环境中，铬元素的主要价态是三价(Cr(III))和六价(Cr(VI))；后者更被国际癌症研究署列为第I类致癌物。铬元素不仅影响农作物的品质和产品，而且经由食物链在生物体内不断积累和富集，对人类生命健康与安全构成重大威胁。其中，Cr(VI)毒性是Cr(III)的100倍以上。
[0004]Cr(VI)的离子形式为CrO
42
‑
或Cr2O
72
‑
。由于这类离子带有负电荷，不容易被土壤矿物和胶体所吸附，吸附率通常只有8.5
‑
36.2％。大多数Cr(VI)游离在土壤间隙中，具有较高的水溶性、迁移性和生物可利用性，因而也具有更大的危害性。因此，有效改良铬污染土壤的关键所在是如何降低土壤中Cr(VI)的含量。
[0005]近年来，纳米零价铁因为其具有优良的吸附性能，较高的还原活性，已经逐渐用于Cr(VI)污染土壤的改良方面。根据文献报道，当土壤中Cr(VI)含量较低(例如10mg/kg)时，经过一定时间改良，Cr(VI)的去除率甚至高达100％。
[0006]然而，纳米零价铁改良Cr(VI)污染土壤，会造成土壤板结并且释放过量铁离子，引起二次污染，从而不利于土壤的再利用及农作物的再生长。另一方面，纳米零价铁比表面积大，活性高，同时具有磁性，容易团聚成大颗粒，同时与土壤中的水和氧气发生反应形成钝化层。基于上述两方面原因，迫切需要提高纳米零价铁还原Cr(VI)的效率。
[0007]为了解决上述问题，人们将纳米零价铁与有机肥或碳基材料联合使用来克服这一难题。VemulaMadhavi等人将CMC
‑
纳米零价铁与农场粪肥混合改良Cr(VI)污染的土壤。结果显示，当CMC
‑
纳米零价铁的量从0.1mg
·
100g
‑1增至0.3mg
·
100g
‑1和农场粪肥的量从50mg
·
100g
‑1增加到100mg
·
100g
‑1时，Cr(VI)的还原率可从60％增加到80％。
[0008]中国专利申请CN106179202A公开了一种铁基
‑
氨基复合改性生物炭材料及制备与应用。所述制备方法为：将农林废弃物依次经晾干、破碎、加热碳化、筛分、盐酸处理去除盐分，得到预处理的生物炭，然后将其在浓硝酸和浓硫酸的浓酸混合液中硝化，得到硝化的生物炭，再经还原剂进行还原，得到氨基生物炭；将所得氨基生物炭浸泡在含铁化合物的溶液中平衡一段时间，在搅拌和通入惰性气体的条件下加入还原剂进行反应，反应产物经过滤、洗涤、真空干燥，得到铁基
‑
氨基复合改性生物炭材料。所得到的铁基
‑
氨基复合改性生物炭材料是环境友好材料，并且对重金属的吸附性能大大提高，适合用于中低浓度的重金属废水的处理。
[0009]然而，大多数现有技术针对水溶态铬Cr(VI)的清除效果较为明显。除了水溶态铬之外，根据传统Tessier五步连续提取法(Anal.Chem.,51(7),P844)测定铬污染土壤中可交换态铬(EX)、碳酸盐结合态铬(CB)、铁锰结合态铬(OX)、有机结合态铬(OM)和残渣态铬(RS)。通常认为，易溶态铬不仅包括水溶态铬(WS)，而且包括可交换态铬(EX)、碳酸盐结合态铬(CB)；其是高毒性、可生物利用的。固态铬包括铁锰结合态铬(OX)、有机结合态铬(OM)和残渣态铬(RS)；其是低毒害、难生物利用的。在对铬Cr(VI)污染土壤进行改良，应当使易溶态铬向固态铬的转化。
[0010]然而，上述现有技术对Cr(VI)含量降低效果仍然不够理想。此外，易溶态铬向固态铬的转化比例不高。
[0011]针对现有技术存在的上述缺陷，迫切需要寻找一种针对高浓度Cr(VI)污染土壤的土壤改良剂及其制备方法和用途。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的之一在于提供一种土壤改良剂。所述土壤改良剂能够更有效地降低土壤中的Cr(VI)含量；同时易溶态铬向固态铬的转化比例更高。
[0013]本专利技术的目的之二在于提供一种上述土壤改良剂的制备方法。所述制备方法简单易行，易于操作，适合用于规模化生产。
[0014]本专利技术的目的之二在于提供一种上述土壤改良剂的用途。当用于高浓度Cr(VI)污染土壤改良时，能够取得更为显著的改良效果。
[0015]为实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种土壤改良剂，所述土壤改良剂为纳米零价铁复合改性材料，其特征在于，所述复合材料材料包括壳聚糖、亲水改性生物炭和纳米零价铁。
[0016]根据本专利技术所述的土壤改良剂，其中，所述壳聚糖的粘均分子量Mv＝3
‑5×
105道尔顿，脱乙酰度DD＝85
‑
98％。
[0017]优选地，所述壳聚糖的粘均分子量Mv＝3.5
‑
4.5
×
105道尔顿，脱乙酰度DD＝90
‑
95％。
[0018]在一个具体的实施方式中，所述壳聚糖的粘均分子量Mv＝3.95
×
105道尔顿，脱乙酰度DD＝91.6％。
[0019]根据本专利技术所述的土壤改良剂，其中，所述亲水改性生物炭选自羟基、氨基、巯基、羧基、磷酸基和/或磺酸基改性的生物炭。
[0020]优选地，所述亲水改性生物炭选自羟基、氨基和/或巯基改性的生物炭。
[0021]在一个具体的实施方式中，所述亲水改性生物炭选自氨基改性的生物炭。
[0022]在本专利技术中，生物炭可以选自各种来源的生物炭。
[0023]例如，所述生物炭可以为秸秆炭、竹炭和污泥炭。
[0024]在一个具体的实施方式中，所述生物炭选自稻草秸秆生物炭。
[0025]根据本专利技术所述的土壤改良剂，其中，所述亲水改性生物炭的NH2含量为0.38
‑
0.54mol/g。
[0026]优选地，所述亲水改性生物炭的NH2含量为0.42
‑
0.50mol/g。
[0027]在一个具体的实施方式中，所述亲水改性生物炭的NH2含量为0.46mol/g。
[0028]在本专利技术中，NH2含量使用元素分析(EDX)方法测定。
[0029]根据本专利技术所述的土壤改良剂，其中，所述纳米零价铁由二价铁盐经硼氢化钠原位还原反应制得。
[0030]根据本专利技术所述的土壤改良剂，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤改良剂，所述土壤改良剂为纳米零价铁复合改性材料，其特征在于，所述复合材料材料包括壳聚糖、亲水改性生物炭和纳米零价铁。2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其中，所述壳聚糖的粘均分子量Mv＝3
‑5×
105道尔顿，脱乙酰度DD＝85
‑
98％。3.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其中，所述亲水改性生物炭选自羟基、氨基、巯基、羧基、磷酸基和/或磺酸基改性的生物炭。4.根据权利要求3所述的土壤改良剂，其中，所述亲水改性生物炭的NH2含量为0.38
‑
0.54mol/g。5.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其中，所述纳米零价铁由二价铁盐经硼氢化钠原位还原反应制得。6.根据权利要求5所述的土壤改良剂，其中，二价铁盐与硼氢化钠的摩尔比为1：(3
‑
5)。7.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其中，壳聚糖、亲水改性生物炭和纳米零价...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帆，朱宏斌，武际，万水霞，蒋光月，王文军，
申请(专利权)人：安徽省农业科学院土壤肥料研究所，
类型：发明
国别省市：