[發(fā)明專利]重金屬鎘穩(wěn)定劑硫基?鐵基復(fù)合改性生物炭的制備方法及改性生物炭

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710517194.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN107236545A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳川;薛生國(guó);史力爭(zhēng);滑子龍;鄧浩宇;黃培成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K17/04
• 分類號(hào): C09K17/04;C09K101/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)43001
• 代理人: 周詠,米中業(yè)

本發(fā)明公開了一種重金屬鎘穩(wěn)定劑硫基?鐵基復(fù)合改性生物炭的制備方法及使用該方法制備得到的硫基?鐵基復(fù)合改性生物炭。所述制備方法為：(1)制備生物炭；(2)制備硫基化改性溶液；(3)制備硫基生物炭前驅(qū)物；(4)制備硫基?鐵基復(fù)合改性生物炭。本發(fā)明提供的硫基?鐵基復(fù)合改性生物炭不僅價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好；而且制備工藝簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模生產(chǎn)運(yùn)用；同時(shí)可以顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)了土壤肥力；對(duì)土壤中可交換態(tài)鎘具有較強(qiáng)的吸附、絡(luò)合及共沉淀作用，使土壤中有效態(tài)鎘達(dá)到顯著的固化效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壤重金屬修復(fù)治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種重金屬鎘穩(wěn)定劑硫基-鐵基復(fù)合改性生物炭的制備方法及改性生物炭。

背景技術(shù)

鎘(Cd)是一種劇毒物質(zhì)，具有隱蔽性、長(zhǎng)期性、累積性和不可逆性的特點(diǎn)，在土壤中積累到一定程度不僅會(huì)導(dǎo)致土壤退化，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，而且還會(huì)通過(guò)食物鏈途徑危害人體健康。如2009年湖南瀏陽(yáng)鎘污染事件、2012年廣西鎘污染事件等，已引起人們的廣泛關(guān)注。2014年我國(guó)環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，土壤重金屬鎘的點(diǎn)位超標(biāo)比例占到全國(guó)所有調(diào)查點(diǎn)位的7％，居全國(guó)調(diào)查污染物之首，且污染面積逐年增加，嚴(yán)重威脅食品安全和人類健康。針對(duì)農(nóng)田土壤重金屬鎘污染，亟待開發(fā)一種低成本、高效的治理技術(shù)方法，以降低農(nóng)產(chǎn)品中重金屬鎘含量。

土壤重金屬穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為治理農(nóng)田土壤重金屬污染最有效的方法之一。在受重金屬污染的農(nóng)田中，采用原位化學(xué)固定技術(shù)是指加入不同類型的穩(wěn)定劑進(jìn)行調(diào)節(jié)土壤的理化性質(zhì)，使其產(chǎn)生沉淀、吸附、離子交換和氧化還原等一系列反應(yīng)，從而降低重金屬在土壤中的生物有效性和可遷移性，減少對(duì)動(dòng)植物的危害。原位化學(xué)固定技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)邊修復(fù)、邊生產(chǎn)，具有成本低、修復(fù)效率高、操作簡(jiǎn)單，可以滿足當(dāng)前我國(guó)土壤重金屬污染治理及保障農(nóng)產(chǎn)品安全需求。生物炭表面含有大量的羧基、羥基和酯基等官能團(tuán)，具有較大的比表面積、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、來(lái)源廣泛和價(jià)格低廉，因而在土壤重金屬穩(wěn)定化修復(fù)方面受到極大的關(guān)注。周建斌等研究證明生物炭通過(guò)吸附或共同沉淀作用可以降低土壤鎘的生物有效性(生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2008,17(5):1857-1860)。Beesley等通過(guò)污染土壤的室內(nèi)培育實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)生物炭可以使土壤孔隙水中Cd的濃度降低10倍，從而減少Cd對(duì)植物的毒害作用，證明了生物炭用來(lái)修復(fù)Cd污染土壤的可行性(Environmental Pollution,2011,159(12):3269-3282)。Li等發(fā)現(xiàn)生物炭可以通過(guò)提高土壤pH值來(lái)降低重金屬在土壤中的移動(dòng)性，對(duì)重金屬產(chǎn)生穩(wěn)定固化作用(Environmental Science and Pollution Research,2009,16(1):1-9)。

生物炭本身對(duì)土壤重金屬固定能力有限，而改性生物炭能有效提高土壤重金屬修復(fù)效率。近年來(lái)，我國(guó)開展了相關(guān)改性生物炭對(duì)土壤重金屬的鈍化的技術(shù)和應(yīng)用，如中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN104388094A發(fā)明了一種鐵基生物炭材料其制備工藝及在土壤污染治理中的應(yīng)用，用于對(duì)土壤中鎘砷復(fù)合污染，能有效降低土壤中砷鎘的生物有效性，但采用的還原劑材料包括聚乙烯毗咯烷酮，所用的乳化劑材料為斯潘系列、聚乙烯醇，材料成本較高，且需在300℃攪拌反應(yīng)6小時(shí)或者在800℃溫度下攪拌反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)溫度過(guò)高，增加了生產(chǎn)成本。另外，中國(guó)專利CN105524623A公開了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，可高效持續(xù)鈍化土壤重金屬鎘，抑制稻米鎘的吸收積累，但其鐵基生物炭前驅(qū)體的溫度需保持為100-200℃，合成溫度過(guò)高，對(duì)設(shè)備要求較高，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。中國(guó)專利CN104368306A發(fā)明了一種用于重金屬污染土壤修復(fù)的類生物炭的制備方法，能有效降低污染土壤中鎘向生物體的遷移，但反應(yīng)的溫度需長(zhǎng)期維持在70～90℃，每隔1小時(shí)對(duì)堆體通入自然風(fēng)15分鐘，每個(gè)一個(gè)月補(bǔ)充一次水分，需8～10月的低溫?zé)峤馓炕玫筋惿锾看之a(chǎn)品，溫度受外界環(huán)境影響較大，制備周期過(guò)長(zhǎng)，不易于實(shí)際農(nóng)田推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種重金屬鎘穩(wěn)定劑硫基-鐵基復(fù)合改性生物炭的制備方法以及用該方法獲得的改性生物炭，以解決目前改性生物炭制備成本高、周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜的問題。