[发明专利]一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备及使用方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤重金属修复领域，具体涉及一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备及使用方法。

背景技术

随着工农业生产的发展，农业环境污染特别是土壤重金属污染问题已越来越突出。据估算，我国每年因重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。土壤环境质量问题直接关系到农产品的安全，由土壤污染引发的农产品质量安全问题和群体性事件逐年增多，成为影响群众身体健康和社会稳定的重要因素。我国大面积的农田土壤重金属污染，难以采用单一的修复技术方法解决问题。亟待开发一种能够大面积推广应用、成本较低、不误农时的农田土壤重金属治理技术方法，以降低农产品中重金属含量。

重金属钝化技术被认为是治理农田土壤重金属污染最有效的措施之一。通过施用土壤友好型调理剂，钝化污染土壤重金属，减小农作物对重金属的吸收，实现重金属污染农业土壤的边治理、边生产，是土壤重金属防治新的思路，既经济又安全。土壤重金属钝化技术投入相对较低，修复效率高，操作简单；对于大面积中低度重金属污染土壤修复具有较好的优越性，可以满足当前我国农田土壤重金属污染治理以及保障农产品安全需求。

近年来，生物炭用于钝化重金属污染土壤受到越来越多的关注。由于生物炭表面含大量的羧基、羟基和酸酐等多种基团以及负电荷、比表面积大、原料来源广泛和价格低廉，因而生物炭在土壤重金属修复方面受到极大的重视和广泛的研究。生物炭能够提高酸性土壤pH值，增加阳离子交换量，从而吸附土壤中的污染物和重金属，降低Cd、Pb、Zn在农作物体内的累积。但是由于As的移动性随土壤pH的增加而增加，易于键合到土壤中具有阴离子交换位的Fe、Al和Mn氧化物和氢氧化物上，这将意味着在土壤中添加生物炭不一定能够控制As的生物有效性。如Zheng等研究发现，生物炭施用于重金属污染的水稻土壤后对土壤中的Cd、Zn、Pb和As的迁移能力产生影响，水稻根中Cd、Zn和Pb的浓度分别下降了98％、83％和72％，而砷的浓度增加了327％。由于大多数农田土壤为重金属复合污染，这也就对生物炭钝化农田重金属应用提出了挑战。

虽然我们前期专利“一种铁基生物炭材料、其制备工艺以及其在土壤污染治理中的应用(申请号：201410538633.8)”对生物炭进行铁基改性后，能很好的解决对土壤中砷镉复合污染同时钝化的问题；但是其制备工艺较为复杂。同时由于大多数生物炭材料为疏松多孔结构，一旦施用土壤后很快就会与土壤溶液发生反应，在很短的时间内对重金属的吸附固定作用就会达到饱和。由于土壤具有较大的缓冲性能，土壤溶液中的重金属离子在被生物炭吸附后还会缓慢的从土壤胶体或土壤矿物中释放出来。因此，如果直接将生物炭粉施用于农田，往往使用量较大；每亩用量有的达到1吨甚至数吨，才能对当季水稻起到比较好的抑制重金属吸收积累的效果。到下一季水稻种植时又需要施用同样高剂量的生物炭，这不仅会造成资源浪费，还会增加劳动力投入。而且生物炭比较轻，直接施用容易形成扬尘，不仅会造成浪费也会对施用者健康产生不利影响；同时在稻田施用也比较容易浮在水面上，易在下风向聚集造成施用不匀，也会随排水流走造成浪费。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂，这种材料以铁基生物炭和生物淀粉为芯材，造粒后包裹一层壳聚糖硅胶复合膜；壳聚糖硅胶复合膜包衣材料既克服了壳聚糖材料强度不够，又避免了硅胶材料易断裂的缺点。

上述铁基生物炭芯材采用一步法制备，制备工艺简单。采用本发明所制备得到的缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂性能稳定，可以广泛应用于农田土壤重金属钝化、抑制农作物对重金属吸收积累方面。该缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂产品与传统土壤钝化剂相比，具有施用剂量低、对重金属钝化效果好且长期有效，对重金属钝化效果可以持续作用2年以上；而且可以同时钝化砷和镉，可以应用于复合重金属污染农田。

本发明的再一目的在于提供一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的使用方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)铁基生物炭前驱物制备：将生物质晾干并粉碎到合适的大小，置于高温炉中，在隔绝空气的条件下，升温至300℃～800℃，保持此温度3～12小时，停止加热，制得铁基生物炭前驱物；

(2)含铁溶液配制：将铁盐或亚铁盐配制成含铁质量分数为0.5％～5％的溶液；