[發明專利]含有木質素生物炭的土壤重金屬污染修復劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201711091791.3
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107794052B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 張杰;劉佳;劉榮樂;金志農;張海燕;肖祖飛;金曉芳;趙姣
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: C09K17/40
• 分類號: C09K17/40;C09K101/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 錢學宇

本發明涉及一種含有木質素生物炭的土壤重金屬污染修復劑及其制備方法與應用，該方法包括：將生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土按照40～60：20～40：10～20的重量比混合并超微粉碎得到混合粉劑，將2wt％～5wt％的羧甲基纖維素鈉溶液在氮氣保護下緩慢加入到所屬混合粉劑中并充分攪拌，得到黏稠液體；將沸石于所述黏稠液體中充分混合浸泡后撈出，加熱干燥既得；其中，所述生物炭粉為將造紙廢液木質素干粉經高溫熱裂解制備得到。本發明克服了木質素生物炭吸附高價態重金屬能力差、吸附效率較低的缺點，拓展了對木質素進行廢物利用的途徑。

技術領域

本發明涉及土壤修復技術領域，具體而言，涉及一種含有木質素生物炭的土壤重金屬污染修復劑及其制備方法與應用。

背景技術

土壤是人類賴以生存的自然環境和農業生產的重要資源。隨著工農業的發展和人口數量的增加，農業土壤的數量不斷減少、土壤中的有害物質越來越多。據統計世界上90％的污染物最終滯留在土壤內。然而土壤對有害物質的承受能力是有限的，當有害物質的積累超過了土壤承受能力時，就會造成土壤環境質量惡化。目前土壤環境質量問題已成為全球共同關注的重大問題。其中重金屬污染因具有隱蔽性、潛伏性、長期性和不可逆性而尤為引人注目。

紅壤廣泛分布在我國南方熱帶、亞熱帶地區，是我國重要的土地資源，該地區氣候暖熱、雨量充沛、生物資源豐富，是我國重要的糧食生產基地；同時，我國南方紅壤地區也擁有豐富的礦產資源。然而，近幾十年來由于礦產開發、工業發展造成的“三廢”排放急劇增加了進入南方紅壤中重金屬污染物的量；另一方面，長期高溫多雨的氣候特征，使得該區域土壤的風化淋溶強烈，紅壤大多呈酸性、甚至強酸性，這使得重金屬污染物的溶解性高、濃度大、生物有效性高，因此環境風險大，治理難度也較高。

生物炭是有機物原料在完全或者部分缺氧條件下，經過高溫熱裂解(通常<700℃)產生的一類富碳、高度芳香化和穩定性高的有機物質。生物炭為全球氣候變化、糧食危機和生態污染修復等提供了綜合解決方案。生物炭對土壤物理和化學性質具有明顯的改良作用，其多孔特性和較大的比表面積有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、降低容重，從而為植物生長提供良好的環境。生物炭含有的養分元素可直接輸入土壤，其表面電荷和官能團有利于土壤養分的保留。生物炭還具有很好的重金屬改良作用，它對重金屬的作用表現在與重金屬離子的絡合、靜電吸附等作用從而降低它們的生態危害。生物炭表面官能團(特別是含氧、磷、硫、氮的官能團)還可以與金屬離子形成特定的金屬配合物以降低土壤重金屬元素對植物的危害。

木質素(Lignin)是一種由苯基丙烷結構單元構成的具有三維空間結構的天然有機高分子化合物，與纖維素和半纖維素共同構成植物體的骨架，是唯一能提供可再生芳基化合物的非石油資源。與植物體中其他成分(纖維素、多糖和蛋白質)相比，木質素很難降解，主要原因是苯丙烷單體中所含醚鍵和碳-碳鍵屬非水解性化學鍵。植物原料在制漿過程中降解溶出的木質素稱為工業木質素，植物體內的木質素與工業分離得到的木質素，在結構上有較大差別。制漿造紙工業產生的木質素主要存在于排放的廢液中，它是通過工業生產進入環境的木質素的主要途徑。通過亞銨法麥草制漿獲得制漿黑液，經干燥、粉碎后可得到木質素干粉，盡管有些研究報道認為這種木質素干粉可以肥用或者改善土壤性質，但近年來的研究表明，實際上它仍然對土壤生態環境及作物生長有很大危害，制備成木質素干粉可能仍不是有效解決造紙廢棄物污染的良好措施。

目前，造紙后的造紙廢液直接排放會對環境造成嚴重污染，如何處理仍是一大難題；而生物炭是酸性土壤重金屬污染一種理想的改良劑，因此若能將木質素制備為生物炭，并根據木質素生物炭的特性將其制備成土壤修復劑用于紅壤的重金屬污染治理，無疑能夠取得一舉多得的效果。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含有木質素生物炭的土壤修復劑，該修復劑可很好地應用于土壤(尤其是紅壤)重金屬的污染治理中。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：