[发明专利]含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂及其制备方法与应用，该方法包括：将生物炭粉、骨粉、凹凸棒石粘土按照40～60：20～40：10～20的重量比混合并超微粉碎得到混合粉剂，将2wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液在氮气保护下缓慢加入到所属混合粉剂中并充分搅拌，得到黏稠液体；将沸石于所述黏稠液体中充分混合浸泡后捞出，加热干燥既得；其中，所述生物炭粉为将造纸废液木质素干粉经高温热裂解制备得到。本发明克服了木质素生物炭吸附高价态重金属能力差、吸附效率较低的缺点，拓展了对木质素进行废物利用的途径。

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体而言，涉及一种含有木质素生物炭的土壤重金属污染修复剂及其制备方法与应用。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源。随着工农业的发展和人口数量的增加，农业土壤的数量不断减少、土壤中的有害物质越来越多。据统计世界上90％的污染物最终滞留在土壤内。然而土壤对有害物质的承受能力是有限的，当有害物质的积累超过了土壤承受能力时，就会造成土壤环境质量恶化。目前土壤环境质量问题已成为全球共同关注的重大问题。其中重金属污染因具有隐蔽性、潜伏性、长期性和不可逆性而尤为引人注目。

红壤广泛分布在我国南方热带、亚热带地区，是我国重要的土地资源，该地区气候暖热、雨量充沛、生物资源丰富，是我国重要的粮食生产基地；同时，我国南方红壤地区也拥有丰富的矿产资源。然而，近几十年来由于矿产开发、工业发展造成的“三废”排放急剧增加了进入南方红壤中重金属污染物的量；另一方面，长期高温多雨的气候特征，使得该区域土壤的风化淋溶强烈，红壤大多呈酸性、甚至强酸性，这使得重金属污染物的溶解性高、浓度大、生物有效性高，因此环境风险大，治理难度也较高。

生物炭是有机物原料在完全或者部分缺氧条件下，经过高温热裂解(通常<700℃)产生的一类富碳、高度芳香化和稳定性高的有机物质。生物炭为全球气候变化、粮食危机和生态污染修复等提供了综合解决方案。生物炭对土壤物理和化学性质具有明显的改良作用，其多孔特性和较大的比表面积有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、降低容重，从而为植物生长提供良好的环境。生物炭含有的养分元素可直接输入土壤，其表面电荷和官能团有利于土壤养分的保留。生物炭还具有很好的重金属改良作用，它对重金属的作用表现在与重金属离子的络合、静电吸附等作用从而降低它们的生态危害。生物炭表面官能团(特别是含氧、磷、硫、氮的官能团)还可以与金属离子形成特定的金属配合物以降低土壤重金属元素对植物的危害。

木质素(Lignin)是一种由苯基丙烷结构单元构成的具有三维空间结构的天然有机高分子化合物，与纤维素和半纤维素共同构成植物体的骨架，是唯一能提供可再生芳基化合物的非石油资源。与植物体中其他成分(纤维素、多糖和蛋白质)相比，木质素很难降解，主要原因是苯丙烷单体中所含醚键和碳-碳键属非水解性化学键。植物原料在制浆过程中降解溶出的木质素称为工业木质素，植物体内的木质素与工业分离得到的木质素，在结构上有较大差别。制浆造纸工业产生的木质素主要存在于排放的废液中，它是通过工业生产进入环境的木质素的主要途径。通过亚铵法麦草制浆获得制浆黑液，经干燥、粉碎后可得到木质素干粉，尽管有些研究报道认为这种木质素干粉可以肥用或者改善土壤性质，但近年来的研究表明，实际上它仍然对土壤生态环境及作物生长有很大危害，制备成木质素干粉可能仍不是有效解决造纸废弃物污染的良好措施。

目前，造纸后的造纸废液直接排放会对环境造成严重污染，如何处理仍是一大难题；而生物炭是酸性土壤重金属污染一种理想的改良剂，因此若能将木质素制备为生物炭，并根据木质素生物炭的特性将其制备成土壤修复剂用于红壤的重金属污染治理，无疑能够取得一举多得的效果。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有木质素生物炭的土壤修复剂，该修复剂可很好地应用于土壤(尤其是红壤)重金属的污染治理中。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：