[发明专利]一种原位固化移除土壤重金属的生态袋及施用方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤环境安全与资源再利用技术领域，涉及一种原位固化-移除土壤重金属铅、镉、铬的生态袋及施用方法。 

背景技术

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，但随着我国工农业生产规模的不断扩大，土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染具有隐蔽性、累积性和传递性，对人体健康、经济生产、生态环境等造成多种危害，已成为制约我国可持续发展和和谐社会建设的重要因素。有调查显示，我国受重金属污染的耕地面积已达2000万公顷，占全国总耕地面积的1/6。其中，受矿区污染的土地200万公顷，石油污染土地约500万公顷，固体废弃物堆放污染约5万公顷，“工业三废”污染耕地近1000万公顷，污染农田面积达330多万公顷。为此，研究重金属污染土壤修复技术，有效治理土壤重金属污染，保证土壤资源的可持续利用，已成为亟待解决的问题。 

目前，土壤重金属污染超标原位治理技术主要是固定钝化技术和微生物修复技术。土壤固定化技术是指向土壤中添加固定剂，调节改变重金属污染物在土壤中的化学形态和赋存状态，从而降低重金属的生物有效性和迁移性，减少植物对重金属的吸收。鉴于土壤重金属污染常常涉及面积很大，各种工程修复措施的成本过高，而原位土壤固定化技术具有经济高效、操作方便、效果快速等特点，在土壤面源污染治理领域具有独特的优势，符合我国可持续农业发展的需要，在污染土壤治理中正得到广泛应用。但无论用哪种固定剂，最终被吸附钝化的重金属都留在土壤中，并可能随着环境条件的改变不，生物有效性可能再次恢复，造成土壤二次污染。 

本发明提出的原位固化移除土壤重金属铅、镉、铬的生态袋由外层的涤纶土工布、内层的丙纶纺粘无纺布组成的袋体，以及装于内层丙纶纺粘无纺布中的罗丹明6G改性生物质基高分子材料共同组成。装于布袋内的生物质炭高分子材料以农业生物质秸秆与罗丹明6G为前驱体，通过炭化、活化、羧基化及罗丹明6G胺化改性等步骤制备而得，富含孔结构与多胺分子，对铅离子有较强 的吸附性能，能有效吸附固定土壤中的重金属铅、镉、铬。袋体外层的涤纶土工布具有一定的抗UV性能，施于土壤中能够达到需要使用的生态年限。 

本发明提出的一种原位固化移除土壤重金属铅、镉、铬的生态袋及施用方法，其特征在于： 

A)、原位固化移除土壤重金属铅、镉、铬的生态袋的组成：包括袋体和装于袋中的罗丹明6G改性生物质基高分子材料共同构成。袋体由防U V腐蚀性能的涤纶土工布覆盖于丙纶纺粘无纺布上制作而成；罗丹明6G改性生物质基高分子材料装于袋体中的丙纶纺粘无纺布内。 

B)、罗丹明6G改性生物质基高分子材料的制备过程：将成熟农业生物质秸秆粉加入磷酸在氮气氛中加热活化制备出表面富含羟基、羧酸基等含氧官能团的多孔生物质炭，取5克上述生物质炭加100～500ml的10～50％的硝酸搅拌1～10个小时，反应完毕后将产物洗涤过滤烘干后，分散到50～200ml甲苯和0.5～2.0g罗丹明6G中，搅拌均匀，加入5克N，N′-二环己基碳二亚胺，回流反应8～48小时。将反应产物过滤、洗净、烘干得新型罗丹明6G改性生物质基炭高分子材料。 

C)、土壤重金属的原位固化：将装有罗丹明6G改性生物质炭的生态袋通过梅花、棋盘、网格、蛇形法施用至中轻度重金属超标土壤中，放置15～180天。其中重金属为铅、镉、铬中的一种或几种，将装有500g罗丹明6G改性生物质炭的生态袋埋入旱田土壤中10～20cm，或直接系固定在水田土壤表面上，生态袋施用量为20个/每亩(每个生态袋内含500g罗丹明6G改性生物质炭)，土壤含水率不低于20％，土壤pH值为5～9。 

D)、土壤重金属的移除：将吸附重金属的罗丹明6G改性生物质炭生态袋从土壤中取出，完成土壤重金属原位固化-移除。 

本发明的优良效果如下： 

(1)使用方便：使用时只需将内装罗丹明6G改性生物质基高分子材料的生态袋，施布于重金属铅、镉、铬超标土壤中，经过一段时间后，再将吸附饱和重金属的生态袋从土壤中取出，完成土壤重金属的原位固化-移除； 

(2)绿色环保：克服了传统原位固定-钝化技术仅仅降低重金属生物有效性，但重金属依然留存于土壤，并存在二次污染风险的不足；制备原料来源于农业 生物质秸秆，在农田中分布广泛、价廉，采用的生物质炭的制备方法成熟、成本低，聚合反应接枝多胺方法工艺简单、效果好，生物质炭在土壤中广泛存在，绿色无毒，在制备活性炭的过程中无污染，不破坏环境。