[發明專利]一種重金屬污染酸性土壤修復-改良材料的制備及其應用

有效

• 申請號: 202010062038.7
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111154491B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 程虎;紀榮婷;韓建剛;張柳夢;吳雅瑞
• 申請（專利權）人: 南京林業大學;生態環境部南京環境科學研究所
• 主分類號: C09K17/06
• 分類號: C09K17/06;C09K109/00
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 陳彬;蔣海軍

本發明公開了一種重金屬污染酸性土壤修復?改良材料的制備及其應用，屬于環境科學與工程技術領域。本發明將碳酸鈣和水熱處理后的農林廢棄物混合，高溫、無氧炭化，形成鈣鹽?多孔生物質炭復合物，施加到土壤中，同時起到高效提高土壤pH和鈍化生物有效態重金屬的功能。本發明將復合物加入土壤中后，該復合物可緩釋鈣鹽，持續性提高土壤pH，提供鈣元素；多孔生物質炭擁有發達的孔隙結構，通過孔隙填充等作用鈍化土壤中生物有效態重金屬；多孔生物質炭提高有機質含量改良酸性土壤，并避免鈣鹽致使的土壤板結、元素平衡失調等潛在負作用；多孔生物質炭較傳統的生物質炭更穩定，可長時間鈍化土壤重金屬并改良酸性土壤。

技術領域

本發明涉及環境科學與工程技術領域，更具體地說，涉及一種重金屬污染酸性土壤修復-改良材料的制備及其應用。

背景技術

酸性土壤是指耕作層土壤pH6.6的土壤，多分布在高溫多雨、濕熱同季的熱帶和亞熱帶地區，其形成原因主要是土壤有機質的快速礦化和鉀、鈣等鹽基離子的高強度淋溶。此外，隨著全球工業化進程的加速推進，大量的酸性氣體(二氧化硫和氮氧化合物等)被持續性的排放到大氣中，沉降到土壤中加速了土壤酸化過程。據統計，酸性土壤約占世界可耕土壤的50％，在我國，紅壤是典型的酸性土壤，主要分布在江西省和湖南省，覆蓋農田面積約5690萬hm²。酸性土壤具有pH低和有機質含量低的缺點，嚴重影響農業生產，因此亟待進行改良，保障農作物高產、穩產。采用石灰改良酸性土壤已成為常規手段，可快速提高酸性土壤pH，但是，陸續有報道指出，長期或大量使用石灰會引起酸性土壤板結、降低微生物活性并致使酸性土壤元素平衡失調。近些年，生物質炭改良酸性土壤得到廣泛關注，可以提高酸性土壤肥力、改良酸性土壤物理結構、減少酸性土壤養分淋溶、增強酸性土壤微生物活性、促進酸性土壤養分循環，但是，生物質炭提升酸性土壤pH的效果較弱。

在我國東南部酸性土壤區域，分布大量的礦產資源，礦山的開發致使大量的重金屬流出，嚴重污染酸性農田土壤。此外，酸性土壤由于pH低和有機質含量低，重金屬的有效態濃度較高，遷移能力強，嚴重威脅農作物安全生產。因此，酸性土壤中重金屬的污染修復勢在必行，十分緊迫。

經檢索，現有技術已公開了相關的申請案，如中國專利申請號為201510602213.6，授權公告日為2018年12月25日的申請案公開了一種修復重金屬污染酸性土壤的鈣鐵硅基復合材料及其應用，該復合材料構成元素的質量比為：鈣：鐵：硅：錳：鎂：磷：鋁＝30～40：19～25：8～12：1～3：5～6：1～3：2～5；具體由以下體積百分比的組分組成：55～70％硅酸鈣、20～30％鐵酸鈣和5～15％復合混合物，所述復合混合物為鈣鐵鋁氧化物、硅酸鈣鐵、鋁酸鈣、鈣鋁氧化物、鈣錳鐵氧化物、羥基磷酸鋁和羥基磷酸錳的混合物。該復合材料用于改良修復重金屬污染酸性土壤，可使土壤pH提高0.5～2.5個單位，土壤中有效態重金屬含量降低64～98％。然而，該申請案的方法僅僅采用幾種物質調配，僅能夠一次性的對受污染土壤進行改善，無法起到長期使用緩釋的效果，而且上述材料不含有有機質，不利于長期施用。

中國專利申請號為201410466726.4，授權公告日期為2016.08.24的申請案公開了一種改性生物質炭及重金屬污染土壤的修復方法。該申請案改性生物質炭由以下步驟制成：(1)將生物質炭過篩后，用水洗以除去其表面浮塵和雜質，至洗滌液pH6.5～7.5；(2)將所得生物質炭與磷酸溶液以質量比1：1.5～2.5混合均勻，然后，常溫下浸泡24h以上，所述磷酸溶液的質量百分比濃度為10～40％；(3)對浸泡液進行固液分離，然后，干燥所得固料，即得改性生物質炭。該申請案的方法采用常溫進行磷酸改性活性炭使其活化，以更容易吸附固定土壤中的重金屬元素(如Pb、Cd)，但制備過程環境不友好、復雜、成本高，且比表面積有待進一步優化。此外，該材料降低土壤pH，無法對重金屬污染的酸性土壤進行改良。

因此，基于我國酸性土壤重金屬污染的現狀和現有技術的缺陷，有必要研發一種簡單、低成本、高效的修復-改良材料，同時實現重金屬的修復和酸性土壤的改良，且能夠長久的起到緩釋性的作用，助力我國酸性土壤區域農作物安全高產、穩產。