一種農(nóng)田土壤重金屬污染的鈍化劑及其制備方法和應(yīng)用

一、基本信息

1.專利號(hào)：ZL201711005375.7。

2.發(fā)明人：黃占斌、賈建麗、馬妍、王璐、孫朋成、陸中桂。

3.專利權(quán)人：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）。

4.授權(quán)時(shí)間：2020年3月17日。

5.技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，并涉及農(nóng)田土壤重金屬污染的鈍化劑技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種土壤重金屬鉛、鎘原位鈍化的復(fù)合環(huán)境材料。

二、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過一種操作過程簡(jiǎn)單，農(nóng)田土壤重金屬鉛、鎘固定效果好的制備方法，研制一種原材料來源廣泛、成本低、降低農(nóng)田土壤重金屬鉛、鎘活性的鈍化劑。

（一）原料質(zhì)量比例

富鎂硅酸鹽礦物材料：30～80；活化納米碳材料：0.1～4；褐煤活化腐殖質(zhì)材料：25～40；濃度為5%～10%淀粉溶液：15～35。

（二）制作過程

1. 富鎂硅酸鹽礦物材料：將石棉尾礦酸浸渣600 ℃煅燒1小時(shí)后，過80～100目篩，獲得SiO2含量達(dá)85%以上的復(fù)合礦物材料。

2. 活化納米碳材料：以石墨為原料，將其制成石墨電極，放入電解質(zhì)溶液中，在直流脈沖電流的作用下，生成納米碳溶膠；再加熱蒸發(fā)，除去水和揮發(fā)性物質(zhì)，得到活化納米碳材料。

3. 褐煤活化腐殖質(zhì)材料：將褐煤在粉碎機(jī)上粉碎成80～100目的顆粒，用1%～10%的鹽酸溶液洗脫得到褐煤腐殖質(zhì)。在30～100 ℃條件下，將褐煤腐殖質(zhì)與環(huán)氧氯丙烷在10%～40%的氫氧化鈉溶液中反應(yīng)3～10小時(shí)后，取出干燥即得褐煤活化腐殖質(zhì)材料。

4.農(nóng)田土壤重金屬污染的鈍化劑：將富鎂硅酸鹽礦物材料、活化納米碳材料和褐煤活化腐殖質(zhì)材料按配比攪拌均勻，加入濃度為5%～10%的淀粉溶液拌勻，采用造粒機(jī)制成顆粒狀或棒狀，干燥，即得到所研制的農(nóng)田土壤重金屬污染的鈍化劑。

（三）使用方法

以鈍化劑200千克/畝的用量，在耕種前一個(gè)月，均勻撒入田間，再以旋耕機(jī)翻耕兩遍，保證鈍化劑在農(nóng)田與表層土壤攪拌均勻，后灌水停留老化。各材料成分在土地中的施用量為富鎂硅酸鹽礦物材料7.5 g/kg、活化納米碳材料0.25 g/kg、褐煤活化腐殖質(zhì)材料2.5 g/kg。

（四）有益效果

原材料中富鎂硅酸鹽礦物材料來源廣，價(jià)格低廉，易于獲?。缓置焊迟|(zhì)經(jīng)過系列處理后，減少了其中鈣鎂離子含量，增加了和重金屬離子反應(yīng)的有效態(tài)基團(tuán)含量，同時(shí)可提升土壤pH，促使土壤重金屬離子形成堿性沉淀物，從而降低土壤重金屬活性；活化納米碳和褐煤活化腐殖質(zhì)具有一定的氮素保持和增效作用，可在吸附固定重金屬的同時(shí)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，增大土壤肥力進(jìn)一步改良土壤。

三、背景技術(shù)

由于土壤污染來源復(fù)雜，污染種類多以及其隱蔽性和滯后性，給治理帶來了非常大的困難。土壤污染分為有機(jī)污染、無機(jī)污染、重金屬污染、固體廢棄物污染及病原微生物污染。其中，重金屬污染對(duì)動(dòng)植物傷害尤為嚴(yán)重。我國受到鎘、鉛、砷、鉻等重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃，約占全國總耕地面積的20%，重金屬鎘污染耕地約113萬公頃，涉及11省市的25個(gè)地區(qū)；糧食中含鉛量大于110 mg/kg的地區(qū)也有11個(gè)。不斷增加的重金屬污染已導(dǎo)致大面積土地不能耕作。植物受鎘污染毒害時(shí)，一般表現(xiàn)為植物細(xì)胞和整個(gè)植株的生長(zhǎng)發(fā)育受到比較大的抑制，細(xì)胞內(nèi)的線粒體和葉綠體受到較大破壞，導(dǎo)致呼吸作用和光合作用受到嚴(yán)重削弱；葉片發(fā)黃，植物生物量下降，干物質(zhì)質(zhì)量減輕；保衛(wèi)細(xì)胞中的水分和離子遷移受到較大影響，導(dǎo)致植株缺水、萎、蔫。同時(shí)，受到鎘污染的植物細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞體內(nèi)游離脯氨酸增多，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致植株死亡。植物體內(nèi)富集的重金屬通過食物鏈進(jìn)入到動(dòng)物和人體。鎘進(jìn)入人體后不易排出，主要存在于人體肝腎等器官中。重金屬鉛在人體中累積則會(huì)損害人體神經(jīng)系統(tǒng)，引起貧血、腎炎等癥狀。因此，土壤重金屬污染，特別是農(nóng)田土壤的重金屬污染更應(yīng)該被重視。

目前，對(duì)重金屬污染農(nóng)田土壤的修復(fù)一般采用原位修復(fù)方式，主要修復(fù)技術(shù)包括化學(xué)鈍化、植物修復(fù)、微生物修復(fù)等。農(nóng)田土壤鈍化技術(shù)是向被污染土壤中加入鈍化劑，通過吸附、沉淀、離子交換等作用，改變重金屬離子在土壤中的賦存狀態(tài)，降低重金屬污染在土壤環(huán)境中的溶解、遷移性、浸出毒性以及生物有效性，減少由于降雨淋溶或地表滲濾對(duì)動(dòng)植物造成毒害。美國等發(fā)達(dá)國家對(duì)重金屬鈍化做了較多的研究，形成了許多成熟的土壤重金屬污染鈍化技術(shù)。目前，國內(nèi)主要采用水泥、粉煤灰等材料處理被重金屬污染的污泥，并且有很多技術(shù)手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。研究證實(shí)，一些工業(yè)副產(chǎn)物如石灰、粉煤灰、赤泥、沸石等，以及一些有機(jī)生物質(zhì)材料如腐殖質(zhì)、風(fēng)化煤等，可以穩(wěn)定土壤中的鉛、鎘、銅、鋅、鉻等重金屬，使其浸出毒性大大降低。但是這方面的技術(shù)還很不成熟，沒有形成整體完善的技術(shù)方案。