[发明专利]一种利用纳米锰氧化物降低稻米中砷含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻控土壤—水稻系统中As迁移的方法，特别是利用纳米锰氧化物降低因土壤砷污染所致稻米中砷含量超标的技术。

背景技术

土壤重金属污染一直以来是个严重的环境问题，特别是砷污染。砷污染在全世界范围内普遍发生，如孟加拉国、印度的西孟加拉邦、阿根廷和越南这些地方地下水受到砷污染，导致几百万人遭受到不同程度的砷危害。据报道，中国在1956-1984年间曾发生了30余起砷中毒事件。湖南素有“有色金属之乡”的美誉，但在开采和冶炼等人为活动中，由于“三废”的不当处理，使得矿区和冶炼区周围的农田土壤受到不同程度的砷污染，据报道石门县雄黄矿附近的3个村庄土壤中砷含量为84-296mg/kg。近几年发现湖南常宁县水口山附近大面积的水稻田已遭受到砷污染，其含量为92-840mg/kg，远远超出土壤的背景值。湖南严重受到砷污染的土壤中砷含量是世界土壤的平均含砷量的8-544倍。土壤砷污染不仅影响水稻的生长发育，而且严重影响水稻的产量和品质。我国谷类作物中砷含量为0.07-0.83mg/kg，在砷污染严重的地区，水稻籽粒中砷的含量可达0.50-7.50mg/kg。稻米砷通过食物链的传递进入人体，从而对人体健康构成严重威胁，因此，开展阻控土壤砷向水稻迁移的研究，关系到农业安全生产的问题，也关系人类健康安全的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种利用纳米锰氧化物降低稻米中砷含量的方法，以改善被砷污染的稻田土壤，而有效地降低稻米中砷的含量。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用纳米锰氧化物降低稻米中砷含量的方法，该方法是将纳米锰氧化物添加到被砷污染的稻田土壤中以减少该稻田土壤所产的稻米中砷的含量，该纳米锰氧化物的用量为该稻田土壤质量的0.01%-5.0%。

本发明的纳米锰氧化物是将市购的锰氧化物块状商品（如软锰矿、碳酸锰矿或水锰矿）利用球磨法进行制备得到，根据球磨时间长短可以获得粒径不同大小的纳米锰氧化物，获得的纳米锰氧化物的粒径为20nm-5000nm。可根据稻田土壤（可为水稻土或适合水稻种植的其他各类土壤）中砷含量的不同添加不同量的纳米锰氧化物，以达到有效降低稻米中砷含量的目的。

纳米材料作为一种新兴的功能材料，因其本身的结构和特性决定了纳米固体材料的许多新特性，在许多方面有着广阔的应用前景，是修复受污染土壤和地下水方面理想的分离富集材料。锰氧化物是土壤中自然存在的富集微量重金属的主要组成成分之一，由于其表面的水解羟基化作用能够与土壤中砷形成专属吸附，普通的离子交换作用无法将其脱附，有效地降低了土壤中砷的生物有效态。特别是高价的锰离子化合物，如二氧化锰对有机物和重金属较强的吸附及氧化性能，可作为改良剂被广泛用于土壤砷污染修复中。但是锰氧化物粒径大小决定其对重金属的吸附能力大小，大块的锰氧化物由于比表面积较小，表面容易发生钝化，导致其对重金属的吸附固定作用降低。据我们研究，新制备的纳米二氧化锰对砷的吸附能力较大块材料的吸附能力要强10倍。纳米二氧化锰材料由于其高的表面-体积比，高活性的表面基团，对土壤中的砷具有很强的吸附作用。而且，纳米锰氧化物一般都具有能够显示更强的氧化性，能够显著提高水稻土的氧化还原电位，对冬水田、水渍田（砷污染稻田土壤的常见情况）中的低价砷的脱毒及促进其吸附固定具有很好的效果。从水稻根表面铁锰氧化膜的结构来看，增加土壤中锰氧化物能帮助水稻根表面形成铁锰氧化膜，因而减少土壤中生物有效态的砷进入水稻体内。因此，本发明克服了以往利用大块锰氧化物的低表面积、活性小、效果差的缺点，能够高效降低稻米中砷的含量。

本发明利用纳米锰氧化物阻控土壤-水稻体系的砷迁移，具有材料来源广泛，制备方法简单，用量少，见效快，成本低廉，无负作用，有效地促进环境的可持续发展，具有重要的环境，经济，生态意义。

具体实施方式

实施例1

纳米锰氧化物是利用球磨法将软锰矿进行球磨制得，时间为72h，粒径为20nm。