[發明專利]一種緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑的制備及使用方法

有效

• 申請號: 201610071104.0
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105524623B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 劉傳平;李芳柏
• 申請（專利權）人: 廣東省生態環境與土壤研究所(廣東省土壤科學博物館)
• 主分類號: C09K17/40
• 分類號: C09K17/40;C05G3/04;C05G3/00;C09K101/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 雷月華,裘暉

技術領域

本發明屬于土壤重金屬修復領域，具體涉及一種緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑的制備及使用方法。

背景技術

隨著工農業生產的發展，農業環境污染特別是土壤重金屬污染問題已越來越突出。據估算，我國每年因重金屬污染的糧食達1200萬噸，造成的直接經濟損失超過200億元。土壤環境質量問題直接關系到農產品的安全，由土壤污染引發的農產品質量安全問題和群體性事件逐年增多，成為影響群眾身體健康和社會穩定的重要因素。我國大面積的農田土壤重金屬污染，難以采用單一的修復技術方法解決問題。亟待開發一種能夠大面積推廣應用、成本較低、不誤農時的農田土壤重金屬治理技術方法，以降低農產品中重金屬含量。

重金屬鈍化技術被認為是治理農田土壤重金屬污染最有效的措施之一。通過施用土壤友好型調理劑，鈍化污染土壤重金屬，減小農作物對重金屬的吸收，實現重金屬污染農業土壤的邊治理、邊生產，是土壤重金屬防治新的思路，既經濟又安全。土壤重金屬鈍化技術投入相對較低，修復效率高，操作簡單；對于大面積中低度重金屬污染土壤修復具有較好的優越性，可以滿足當前我國農田土壤重金屬污染治理以及保障農產品安全需求。

近年來，生物炭用于鈍化重金屬污染土壤受到越來越多的關注。由于生物炭表面含大量的羧基、羥基和酸酐等多種基團以及負電荷、比表面積大、原料來源廣泛和價格低廉，因而生物炭在土壤重金屬修復方面受到極大的重視和廣泛的研究。生物炭能夠提高酸性土壤pH值，增加陽離子交換量，從而吸附土壤中的污染物和重金屬，降低Cd、Pb、Zn在農作物體內的累積。但是由于As的移動性隨土壤pH的增加而增加，易于鍵合到土壤中具有陰離子交換位的Fe、Al和Mn氧化物和氫氧化物上，這將意味著在土壤中添加生物炭不一定能夠控制As的生物有效性。如Zheng等研究發現，生物炭施用于重金屬污染的水稻土壤后對土壤中的Cd、Zn、Pb和As的遷移能力產生影響，水稻根中Cd、Zn和Pb的濃度分別下降了98％、83％和72％，而砷的濃度增加了327％。由于大多數農田土壤為重金屬復合污染，這也就對生物炭鈍化農田重金屬應用提出了挑戰。

雖然我們前期專利“一種鐵基生物炭材料、其制備工藝以及其在土壤污染治理中的應用(申請號：201410538633.8)”對生物炭進行鐵基改性后，能很好的解決對土壤中砷鎘復合污染同時鈍化的問題；但是其制備工藝較為復雜。同時由于大多數生物炭材料為疏松多孔結構，一旦施用土壤后很快就會與土壤溶液發生反應，在很短的時間內對重金屬的吸附固定作用就會達到飽和。由于土壤具有較大的緩沖性能，土壤溶液中的重金屬離子在被生物炭吸附后還會緩慢的從土壤膠體或土壤礦物中釋放出來。因此，如果直接將生物炭粉施用于農田，往往使用量較大；每畝用量有的達到1噸甚至數噸，才能對當季水稻起到比較好的抑制重金屬吸收積累的效果。到下一季水稻種植時又需要施用同樣高劑量的生物炭，這不僅會造成資源浪費，還會增加勞動力投入。而且生物炭比較輕，直接施用容易形成揚塵，不僅會造成浪費也會對施用者健康產生不利影響；同時在稻田施用也比較容易浮在水面上，易在下風向聚集造成施用不勻，也會隨排水流走造成浪費。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑的制備方法。

本發明的另一目的在于提供上述制備方法制得的緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑，這種材料以鐵基生物炭和生物淀粉為芯材，造粒后包裹一層殼聚糖硅膠復合膜；殼聚糖硅膠復合膜包衣材料既克服了殼聚糖材料強度不夠，又避免了硅膠材料易斷裂的缺點。

上述鐵基生物炭芯材采用一步法制備，制備工藝簡單。采用本發明所制備得到的緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑性能穩定，可以廣泛應用于農田土壤重金屬鈍化、抑制農作物對重金屬吸收積累方面。該緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑產品與傳統土壤鈍化劑相比，具有施用劑量低、對重金屬鈍化效果好且長期有效，對重金屬鈍化效果可以持續作用2年以上；而且可以同時鈍化砷和鎘，可以應用于復合重金屬污染農田。

本發明的再一目的在于提供一種緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑的使用方法。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種緩釋型鐵基生物炭土壤重金屬鈍化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)鐵基生物炭前驅物制備：將生物質晾干并粉碎到合適的大小，置于高溫爐中，在隔絕空氣的條件下，升溫至300℃～800℃，保持此溫度3～12小時，停止加熱，制得鐵基生物炭前驅物；

(2)含鐵溶液配制：將鐵鹽或亞鐵鹽配制成含鐵質量分數為0.5％～5％的溶液；