一种富硒镉污染土壤钝化剂及其制备方法和使用方法技术

本发明专利技术属于土壤富硒降镉技术领域，具体涉及一种富硒镉污染土壤钝化剂及其制备方法和使用方法。该富硒镉污染土壤钝化剂的原料包括：纳米碳酸钙改性生物炭、石灰石粉或白云石粉、钙镁磷肥；通过将上述原料混匀制粒即得该富硒镉污染土壤钝化剂。本发明专利技术提出的钝化剂主要针对富硒镉污染土壤，按照使用方法连续多次施用能显著提高富硒土壤有效硒含量，降低富硒土壤有效镉含量，与现有土壤镉钝化剂相比，本发明专利技术制备的钝化剂不仅能提高作物产量，增加经济效益，而且便捷高效、成本低、见效快、绿色环保无污染，真正实现了降镉富硒同步的目标。真正实现了降镉富硒同步的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种富硒镉污染土壤钝化剂及其制备方法和使用方法


[0001]本专利技术属于土壤富硒降镉
，具体涉及一种富硒镉污染土壤钝化剂及其制备方法和使用方法。

技术介绍

[0002]硒是一种人体所必需的微量元素，与人体健康密切相关，是人体生命之源，素有“生命元素”之美称，具有抗氧化、增强免疫系统功能等多种生物学功能，是国际医学界公认的抗癌物质。据统计，我国有72％的县市不同程度地缺硒，其中1/3为严重缺硒区，对于硒缺乏人群，膳食硒摄入是补充硒的重要途径之一，而人体最安全有效的硒补充途径通常为天然富硒农产品。农产品硒含量主要来源于土壤，而成土母质是决定土壤硒含量的关键因素。
[0003]大量研究发现，由于受地质运动的影响，硒在土壤中常常与镉存在一定的伴生关系，导致富硒地区普遍存在镉污染的威胁。镉是环境中持久性污染物之一，易进入生物体系，进而可能对人类及其他生物体健康造成危害。为了确保富硒农业高质量发展，开展富硒土壤镉污染风险区防控与治理意义重大、迫在眉睫。目前常用的稻田土壤镉钝化剂在降低土壤有效镉、阻控作物吸收镉的同时往往也钝化了土壤中硒的活性，降低了土壤中硒的生物有效性，减少了作物对硒的吸收，很难实现二者双赢。因此，针对富硒镉污染土壤如何实现农产品富硒的同时降低对镉的吸收成为技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种富硒镉污染土壤钝化剂，具体采用以下的技术方案：
[0005]一种富硒镉污染土壤钝化剂，其原料按照重量份包括：纳米碳酸钙改性生物炭25r/>‑
50份、石灰石粉或白云石粉35
‑
60份、钙镁磷肥30
‑
55份；所述纳米碳酸钙改性生物炭由以下过程制得：将氯化钙、氢氧化钠、碳酸二甲酯、聚丙烯酸和生物炭于溶液体系中搅拌混合2.5
‑
5分钟，所得沉淀即为所述纳米碳酸钙改性生物炭。一般来说，全硒含量大于0.4mg/kg为富硒土壤。
[0006]在本专利技术中，专利技术人所提出了纳米碳酸钙改性生物炭是一种新型材料，其晶体结构与方解石有一定相似性，不同于传统添加碳酸钙用于调整pH的作用，通过实验证明，该材料相比于现有的钝化剂，其降镉效果更为明显，更为重要的是，本专利技术所提出的纳米碳酸钙改性生物炭相比于现有的钝化剂，对于硒的影响显著更低，实现了降镉的同时避免对硒产生较大影响的效果。
[0007]本专利技术的纳米碳酸钙改性生物炭对Cd
2+
的吸附机制主要体现在Cd
2+
与碳酸钙纳米颗粒和生物炭之间的离子交换和沉淀反应。其中纳米碳酸钙以吸附或沉淀的形式发生在纳米碳酸钙颗粒表面，生物炭主要以离子交换的方式吸附Cd
2+
。与纳米碳酸钙改性生物炭材料相比，未改性生物炭由于表面官能团含量有限和矿物成分(CO
32
‑
，PO
43
‑
)较低导致吸附能力通常较小；天然方解石(碳酸钙)由于致密的晶体结构对Cd
2+
的吸附效率很低，因此只有制备
成纳米碳酸钙才能以Cd
‑
CaCO3的形式大幅提高对Cd
2+
的吸附量。纳米碳酸钙改性生物炭不仅能大量吸附土壤中Cd
2+
，而且还能促进土壤硒的转化，提高土壤有效硒含量，主要基于以下两方面原因：(1)纳米碳酸钙增加了铝由交换态向羟基吸附态和有机配位态的转化，促进硒由有机结合态向水溶态转化；(2)纳米碳酸钙改变了铁锰氧化物的存在形态，促进了铁锰氧化物结合态硒向水溶态硒的转化，在这两方面的作用下显著提升了土壤有效硒含量。
[0008]而本专利技术所添加的钙镁磷肥，能够进一步活化土壤中的硒。磷和硒在土壤中的化学行为具有相似性且均以阴离子形态存在，在酸性条件下其对应的阴离子均易被铁锰氧化物与黏粒矿物等吸附，两者存在竞争吸附作用，因此，向土壤中施加钙镁磷肥增加磷酸氢根离子含量，土壤中的磷酸氢根离子与亚硒酸盐存在竞争吸附作用，为内配体交换机制。相对于亚硒酸盐来说，磷酸氢根离子是更强的配体离子，与其同时存在时，磷酸氢根离子优先被土壤吸附，从而减少土壤对亚硒酸盐的吸附，增加土壤中硒的有效性。
[0009]此外，本专利技术添加的石灰石粉或白云石粉主要是为了将土壤中的pH快速提高至6.2以上，使土壤有效硒含量达到最大的同时有效镉含量降到最低，真正实现降镉富硒同步的目标。土壤有效硒含量与pH呈正相关，即pH越大的土壤，其硒的有效性就越高。当土壤pH较低情况下(pH<5)，土壤中的硒易被铁锰氧化物固定，使硒的有效性降低；当土壤中的pH升高时，负电荷在土壤颗粒表面增加，氢氧化物可取代吸附位点上的硒酸盐离子，使硒酸盐离子释放到土壤溶液中，硒的生物有效性升高。
[0010]在上述纳米碳酸钙改性生物炭的制备过程中，氯化钙、氢氧化钠、碳酸二甲酯、聚丙烯酸和生物炭的比例为(0.0005mol
‑
0.003mol)：(0.01mol
‑
0.02mol)：(0.005mol
‑
0.015mol)：(0.004mol
‑
0.006mol)：(2.0g
‑
5.0g)。通过调整生物炭的用量，制备出含纳米碳酸钙为3.5wt％
‑
6wt％(最优为5wt％)的纳米碳酸钙改性生物炭。如果纳米碳酸钙含量过低，则会导致钝化效果不佳，含量过高，则会导致纳米颗粒粒径过大，同样影响钝化效果。生物炭优选采用秸秆生物炭。
[0011]在一些优选的实施情况中，上述富硒镉污染土壤钝化剂的原料按照重量份还包括改性沸石20
‑
40份；所述改性沸石优选为碱改性沸石。其制备过程如下：将沸石缓慢加入至Ca(OH)2溶液(浓度优选为2mol/L
‑
5mol/L)中，保持温度为60℃
‑
80℃(可通过热蒸汽的方式)，在搅拌(可通过搅拌机)的条件下使得沸石与Ca(OH)2溶液充分接触，10h
‑
12h后过滤(滤液可循环使用)，滤渣在105℃的条件下烘干即得所述改性沸石。
[0012]本专利技术所添加的改性沸石能够进一步降镉的同时活化土壤中的硒，提升有效硒的含量，更好的实现降镉富硒的同步。而采用碱改性沸石相比于酸改性沸石的活化硒的效果要更好，这是由于酸改性沸石可能还会对包括硒酸盐等阴离子进行部分吸附。
[0013]在一些优选的实施情况中，上述富硒镉污染土壤钝化剂的原料按照重量份还包括硝基腐植酸钙镁20
‑
50份。其制备过程如下：将风化煤加入至质量分数为25
‑
30％的硝酸溶液中，风化煤与硝酸溶液的重量比为1：0.5
‑
0.8，搅拌30min
‑
40min后得到活化腐植酸；将活化腐植酸以干基计100份，然后与60目的煅烧白云石50份同时加入水中，水的重量为活化腐植酸与煅烧白云石总重量的70％
‑
80％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富硒镉污染土壤钝化剂，其特征在于，其原料按照重量份包括：纳米碳酸钙改性生物炭25
‑
50份、石灰石粉或白云石粉35
‑
60份、钙镁磷肥30
‑
55份；所述纳米碳酸钙改性生物炭由以下过程制得：将氯化钙、氢氧化钠、碳酸二甲酯、聚丙烯酸和生物炭于溶液体系中搅拌混合2.5
‑
5分钟，所得沉淀即为所述纳米碳酸钙改性生物炭。2.根据权利要求1所述的富硒镉污染土壤钝化剂，其特征在于，所述原料按照重量份还包括改性沸石20
‑
40份。3.根据权利要求2所述的富硒镉污染土壤钝化剂，其特征在于，所述改性沸石为碱改性沸石。4.根据权利要求1所述的富硒镉污染土壤钝化剂，其特征在于，所述原料按照重量份还包括硝基腐植酸钙镁20
‑
50份。5.根据权利要求1所述的富硒镉污染土壤钝化剂，其特征在于，氯化钙、氢氧化钠、碳酸二甲酯、聚丙烯酸和生物炭的比例为(0.0005mol
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0.003mol)：(0.01mol
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0.02mol)：(0.005mol
‑
0.015mol)：(0.004mol
‑
0.006mol)：(2.0g
‑
5.0g)。6.根据权利要求5所述的富硒镉污染土壤钝化剂，其特征在于，所述纳米碳酸钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀建华，吕真真，刘秀梅，蓝贤瑾，候红乾，刘益仁，王子君，
申请(专利权)人：江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，
类型：发明
国别省市：