[发明专利]一种Fe3O4基生物炭土壤钝化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种Fe₃O₄基生物炭土壤钝化剂的制备方法，包含步骤：1、将新疆核桃壳在氮气氛围下炭化成生物炭；2、将生物炭加入乙酸和乙酰丙酮的水溶液中改性；3、称取一定量的FeCl₃和FeCl₂溶解在水中形成溶液；4、搅拌条件下向步骤三溶液中加入生物炭，再向溶液中注入氨水直到不再产生沉淀为止；5、固液分离，固体部分用蒸馏水清洗并烘干至恒重，碾碎过分样筛，即得Fe₃O₄基生物炭土壤钝化剂。本发明依托生物炭巨大的比表面积和发达的微孔结构，能够有效吸附、固持土壤中的重金属化合物，且其表面的电荷能力与土壤重金属离子产生静电作用，增强吸附能力；能够显著影响土壤中重金属的形态和迁移行为，提高重金属的稳定性，防止重金属被农作物吸收。

技术领域

本发明属于重金属污染土壤治理技术领域，尤其涉及一种Fe₃O₄基生物炭土壤钝化剂的制备方法。

背景技术

土壤是地球生态环境的重要组成部分，也是数千年来人类得以生存发展的自然基础。然而随着人类社会不断地发展，人类的活动区域不断扩大，城市污染、工业、矿业以及农业等导致土壤的重金属污染日渐严重。致使土壤污染的重金属主要为毒性显著、对生物有害的元素，这些重金属污染物在土壤中迁移性差、停留时间长并且难以被微生物降解，除了可能使生态环境被破坏、使土壤退化之外，还会通过冲刷、径流和雨水淋溶等作用扩散，造成周围水环境污染。此外，重金属污染也可以通过自然生态系统食物链传递，对人类健康、甚至是生命造成危害。

目前，国内对重金属污染土壤的治理技术主要包括以下几个方面：（1）物理修复，如工程措施、热解吸修复、玻璃化技术，该方法处理效果较好，但会破坏土壤结构，且不易进行大面积治理；（2）化学修复，常见的化学修复技术有土壤淋洗技术、固化/稳定化技术、离子拮抗技术等，通过在土壤中施加化学试剂或改良剂等手段来淋洗土壤中的重金属或改变土壤环境中重金属的存在形态。该技术处理成本较低，适合处理大面积污染土壤，但会导致土壤结构破坏，甚至造成地下水污染；（3）生物修复，较常用的是植物修复技术，通过超富集植物的吸收作用将重金属从土壤环境中提取出来。如中国专利CN104607453A中利用金盏菊来修复铅、镉复合污染土壤。该方法虽然可使土壤中的重金属富集到植物中，但是富集后植物的后续处理却比较困难，且暂未有切实有效的处理方法。

目前，利用农业废弃物制备的生物炭处理含重金属废水或土壤，也是近年来的研究热点。例如中国发明专利CN105797693A公开了一种用于去除水体中铅镉的磁性谷壳生物炭及其制备和应用方法，其中该磁性谷壳生物炭的制备方法包括以下步骤，（1）制备谷壳生物炭；（2）谷壳生物炭酸改性，即将谷壳生物炭通过硝酸改性，从而得到酸改性谷壳生物炭；（3）酸改性谷壳生物炭赋磁，得到负载纳米Fe₃O₄改性谷壳生物炭颗粒（BC-Fe）。该磁性谷壳生物炭能够去除水体中的Pb、Cd等重金属，但是由于土壤的环境比水体复杂，土壤中的重金属离子迁移缓慢，且元素大部分也不是以离子的形式，而是以稳定化合物的形式存在，经现有技术处理过的钝化剂吸附孔径、吸附孔数量、抗失效性和活性点位的状态等参数均不能满足土壤吸附重金属的要求，因此试验发现，简单地将现有技术中制取的BC-Fe挪用到土壤中，对Pb、Cd的脱除效果不明显，起不到理想的效果。

另外，现有技术中还有采用石灰性物质、膨润土、腐殖质等有机、无机化学掺混肥料作为钝化剂用于修复污染土壤，虽取得一定的效果，但各钝化剂均有其适用范围和局限性，且生产成本较高或工艺过于复杂。

发明内容

针对重金属土壤钝化剂现有材料的不足之处，本发明提供一种适用于土壤去除重金属元素的钝化剂，所述的钝化剂能够调节土壤，改变土壤的理化性质，同时在原有生物炭的基础上嫁接了活性基团，提高对土壤中目标重金属的捕捉效率。