[發(fā)明專利]一種錳改性稻殼炭修復鎘砷復合污染土壤并降低稻米中鎘砷的方法

有效

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• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110303035B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 鐵柏清;李園星露;劉玉玲;彭鷗;周細紅;彭亮;劉孝利;魏祥東;雷鳴;杜輝輝
• 申請（專利權）人: 湖南農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: B09C1/00
• 分類號: B09C1/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 何為;李宇

本發(fā)明公開了一種錳改性稻殼炭修復鎘砷復合污染土壤并降低稻米中鎘砷的方法，其先稱取稻殼炭放入坩堝中，加入高錳酸鉀溶液，充分混合均勻后常溫超聲處理2 h?2.5h，再繼續(xù)攪拌均勻，并放入95°C~105°C的水浴鍋中恒溫蒸干，然后在馬弗爐中無氧600°C熱解30 min~45 min，冷卻至室溫，得到錳改性稻殼炭，再將制備好的錳改性稻殼炭稱重并計算，使錳改性稻殼炭與錳氧化物的質(zhì)量比為10:1；最后在非淹水狀況下將相當于土壤重量0.8%的錳改性稻殼炭均勻撒入土壤并攪拌均勻，然后按常規(guī)方法栽種水稻并保持土壤有3~5 cm厚的水層，按常規(guī)方法養(yǎng)護管理即可。本發(fā)明能顯著降低土壤中鎘砷的有效性，減少稻米中Cd、As的積累，且隨使用量增加降低效果更顯著。

技術領域

本發(fā)明涉及鎘砷復合污染土壤修復方法，特別是一種錳改性稻殼炭修復鎘砷復合污染土壤并降低稻米中鎘砷的方法。

背景技術

當前國內(nèi)外重金屬污染的特點，很多情況下表現(xiàn)為2種或2種以上元素同時作用形成的復合污染。我國南方，土壤鎘砷復合污染問題已經(jīng)越來越嚴重，治理農(nóng)田土壤鎘砷復合污染、保障稻米質(zhì)量安全已成為近幾年研究熱點。湖南以“有色金屬之鄉(xiāng)”而聞名，相關調(diào)查結果顯示，湖南某縣耕地土壤受重金屬Pb、Cd、Cr、Hg、As復合污染的高風險區(qū)域面積達到23.23km²。土壤重金屬復合污染嚴重影響區(qū)域農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)布局及糧食安全。

生物炭是指生物有機質(zhì)在缺氧或低氧環(huán)境中經(jīng)過裂解后形成的固體產(chǎn)物。它以原料廣泛、成本低、具有較高環(huán)境穩(wěn)定性等的特點受到了廣大學者的青睞。稻殼炭是生物質(zhì)炭的一種，其孔隙結構發(fā)達，比表面積較大，既能促進植物對營養(yǎng)元素的吸收，又能提高水稻產(chǎn)量與品質(zhì)。

對水稻田來說，水分管理也是常用的農(nóng)藝措施。而以陰離子形式存在的砷和以陽離子形式存在的鎘，淹水條件下兩者在土壤介質(zhì)中的吸附性、溶解性以及被水稻吸收富集等方面具有相反的性質(zhì)。目前，淹水條件下對單一重金屬污染土壤修復研究較多，但對淹水條件下修復As-Cd復合污染水稻土的報道沒有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種能簡單實現(xiàn)的錳改性稻殼炭修復鎘砷復合污染土壤并降低稻米中鎘砷的方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：本發(fā)明所采用的技術方案為：一種錳改性稻殼炭修復鎘砷復合污染土壤并降低稻米中鎘砷的方法，其包括：

稱取稻殼炭放入坩堝中，加入高錳酸鉀溶液，充分混合均勻后常溫超聲處理2h-2.5h，再繼續(xù)攪拌均勻，并放入95℃～105℃的水浴鍋中恒溫蒸干，然后在馬弗爐中無氧600℃熱解30min～45min，冷卻至室溫，得到錳改性稻殼炭，再將制備好的錳改性稻殼炭稱重并計算，使錳改性稻殼炭與錳氧化物的質(zhì)量比為10:1；

在非淹水狀況下將相當于土壤重量0.8％的錳改性稻殼炭均勻撒入土壤并攪拌均勻，然后按常規(guī)方法栽種水稻并保持土壤有3～5cm厚的水層，按常規(guī)方法養(yǎng)護管理即可。

進一步地，所述錳改性稻殼炭的介孔比表面積為50.2486m²/g，孔隙度為0.3990cm³/g，pH值為11.02，全鎘含量為0.12mg/kg，全砷含量為2.8mg/kg。它在本發(fā)明中的主要功能同時降低土壤中重金屬鎘砷的有效性。

進一步地，所述水為自來水。它在本發(fā)明中的主要功能是在較長的時間內(nèi)盡可能地保持土壤呈厭氧狀態(tài)，改變土壤的Eh值，鞏固和增強鈍化土壤重金屬的效果。

相關研究表明，硅的轉(zhuǎn)運蛋白Lsi1和Lsi2作為As³⁺和硅的共用吸收通道，使Si、As兩者形成競爭吸收。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，硅是土壤中豐度最高的元素，稻殼炭中也富含大量活性硅，因而考慮在減弱水稻對砷的抑制與累積方面，稻殼炭存在巨大的開發(fā)潛力。另外，大量的研究均表明，生物炭對Cd²⁺的吸附符合二級動力學模型，pH是影響生物炭吸附重金屬Cd的重要因素。