[发明专利]一种牛粪基生物质材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，具体而言，涉及一种牛粪基生物质材料的制备方法及其应用，具体涉及一种用于稳定土壤铅的牛粪基生物质材料及其制备方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存活动的基础，然而环境污染和生态破坏日益严峻，土壤重金属污染已是当今重要的土壤环境问题之一。近几十年来人类对铅大规模的开采和使用，已造成了严重的土壤铅污染。中国大规模铅矿的开采和冶炼以及占据世界约1/3产量的铅酸蓄电池生产等活动都导致了大量铅污染场地的产生。近年来国内重大铅中毒事件频发，仅2005至2007年三年时间全国发生的铅中毒事件就有十几起之多。云南曲靖铬渣非法倾倒、镉大米事件等由重金属污染带来的危害近年来常见诸报道，土壤重金属污染已经成为土壤污染中备受关注的公共问题之一。

常见的重金属污染土壤修复技术主要有物理、化学、生物、农业调控等几大类方法。其中，固化稳定化技术具有适用性广、处理量大、见效快、效果显著等特点，因而得到广泛的运用。目前，常用作重金属稳定剂的材料有天然黏土矿物、有机质、含磷物质、石灰等，通过调节和改变重金属在土壤中的物化性质和形态，利用吸附、沉淀、离子交换、螯合/络合等原理，将土壤中的重金属稳定固化下来，从而降低重金属的生物有效性。但是，钝化技术仍存在稳定效果不够、容易引起二次污染、破坏土壤结构和理化性质等问题。

因此，稳定剂的选择不仅要考虑其稳定效果，还要注重其环保不引起其他环境问题。随着我国牛养殖业的迅猛发展，牛粪来源广泛，通常在隔绝空气的条件下热解，得到牛粪生物炭材料，可以对土壤中的重金属进行稳定。但是，此方法制备得到的牛粪生物炭材料，主体结构为多孔的碳材料，对重金属的稳定作用的主要是物理吸附作用。由于物理吸附是动态吸附，当吸附量过大时，会产生脱附，稳定土壤中的金属铅的效果差。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种牛粪基生物质材料的制备方法，以解决现有制备方法只能将牛粪制备为具有物理吸脱附重金属的材料问题，所述的牛粪基生物质材料的制备方法，在有氧的条件下，煅烧牛粪和秸秆，得到活化牛粪和秸秆灰，并按比例进行混合，该制备方法具有原料易得、方法简单、条件温和、易于工业化生产等优点，且制备的过程中不会对环境造成附加的危害，提高了生物质资源的利用效率，解决了牛粪废弃物难于降解和再利用的难题。

本发明的第二目的在于提供一种所述的牛粪基生物质材料的制备方法所制备的牛粪基生物质材料，该牛粪基生物质材料中，活化牛粪具有对土壤中金属铅的化学稳定作用，而秸秆灰为多孔物质，可以吸附残余的重金属，有利于重金属的稳定。

本发明的第三目的在于提供一种所述的牛粪基生物质材料的制备方法所制备的牛粪基生物质材料的应用，所述应用将土壤和牛粪基生物质材料进行混合，然后对土壤进行养护，可以稳定土壤中的金属铅，有效降低土壤铅的浸出浓度。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种牛粪基生物质材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将牛粪风干、粉碎、过筛，在250～450℃条件下煅烧后冷却，得到活化牛粪；

(2)、将秸秆粉碎后，在150～250℃条件下煅烧后冷却，得到秸秆灰；

(3)、所述牛粪基生物质材料包括按照质量份数计的步骤(1)中的活化牛粪50～80份和步骤(2)中的秸秆灰20～50份。

本申请在制备牛粪基生物质材料时，分别制备活性牛粪和秸秆灰。牛粪富含C、N、Ca、Mg和P等矿物元素，温度升高后牛粪中的C和N挥发浓度降低，P、Ca和Mg的浓度会升高。活化前后牛粪中磷的浓度由0.86％升至1.83％，比活化之前提高了牛粪中单位面积上与铅反应的活性点。比表面积可由活化前的1.29m²/g增加至活化后的8.17m²/g。比表面积大大增加，为稳定土壤中的铅提供更大的反应面。

秸秆灰同样在空气条件下煅烧得到，其微观结构如图1和图2所示，具有多孔结构，秸秆灰的多孔结构有一定的吸附能力，使牛粪基生物质材料具有物理吸附和化学稳定的双重功能，有利于重金属的稳定。秸秆灰的主要成分为SiO₂、K₂O、Al₂O₃和CaO等，从组分上来看秸秆灰含有氧化钾、氧化钙和氧化镁等一些金属氧化物，使其呈碱性，有利于提高土壤的pH值。