[发明专利]基于热解条件对茶叶渣生物炭特性及镉污染土壤修复方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，尤其涉及一种基于热解条件对茶叶渣生物炭特性及Cd污染土壤修复方法。

背景技术

镉(Cd)是污染土壤中生物毒性危害较大且相对普遍的一种重金属元素，在环境中的化学活性强，移动性大，毒性持久，从而对生物的生命活动造成严重影响。据统计，中国大约1.0×10⁷hm²农田土壤遭受到重金属Cd污染。为了减少对生物的毒害作用，通过沉淀和表面络合控制土壤中Cd的可溶性和可交换态比例，从而降低重金属的生物有效性是重金属污染土壤修复的有效途径之一。生物炭是对各种生物质(木材，家禽粪便和秸秆等)通过热解而形成的含碳丰富的生物质材料。由于生物炭的多孔性、较大的比表面积、碱性属性、活性功能团和较高的阳离子交换量等特征，具有较强吸附、钝化土壤重金属离子功能。水稻秸秆生物炭添加于黄棕壤，可以显著降低高浓度Cd污染土壤中弱酸提取态Cd含量，增加可氧化态Cd含量，促进向活性低的残渣态Cd转化。生物炭丰富的碳含量、多孔性和表面特性能调控土壤微环境的理化性质，影响土壤微生物群落组成和数量，最终影响有机质矿化速率，调节土壤肥力。添加树枝生物炭可以提高土壤有机碳的含量，降低氮素的淋失，增加有效P的含量。然而最近的研究表明生物炭添加抑制土壤酶活性，降低土壤微生物对有机质的分解。同时，稻秆生物炭并不能有效抑制土壤中硝态氮的淋失。可见，生物炭的特性和功能受热解条件和材料的影响较大。茶叶是一种多孔、具有网状结构、表面积很大的吸附剂。中国是第一产茶大国，随着一批茶饮料厂、速溶茶厂、茶多酚厂的产生，每年产生的茶叶渣达到500万t。这些副产物基本没有被再利用，这不仅造成了资源的浪费，而且严重污染了生态环境。目前，以茶叶渣为原材料制备生物炭作为土壤改良剂修复重金属污染土壤的研究鲜见报道。

综上所述，现有技术存在的问题是：茶叶渣作为废弃物没有被再利用，造成了资源的浪费，严重污染了生态环境。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于热解条件对茶叶渣生物炭特性及Cd污染土壤修复方法。

本发明是这样实现的，一种基于热解条件对茶叶渣生物炭特性及Cd污染土壤修复方法，所述基于热解条件对茶叶渣生物炭特性及Cd污染土壤修复方法添加生物炭后培养45天，热解温度为500～600℃；

第一步：将500gCd污染土壤(10mg·kg^-1)装入20cm口径花盆，然后将不同热解温度和时间制备的生物炭按照5％的质量比投入污染土壤中，搅拌均匀，加去离子水保持土壤田间最大持水量的70％；

第二步：在室温下平衡培养，并每隔3d给土壤补充去离子水，保持土壤水分为田间持水量的70％；

第三步：培养45d后用于检验修复效果。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于热解条件对茶叶渣生物炭特性及镉污染土壤修复方法的茶叶渣生物炭的制备方法，所述茶叶渣生物炭的制备方法包括以下步骤：

步骤一：将收集到的茶叶渣去除杂质，用去离子水按固液比1:2多次浸泡24h，直至浸洗干净；洗好后的茶叶渣采用快速挤压沥干水分45℃烘箱中烘干，用粉粹机粉粹过60目筛后封存；

步骤二：将如步骤一处理好的茶叶渣填满密闭用锡箔纸包裹后放于马弗炉。按照5℃/min逐步增温直至目标热解温度(300℃,400℃,500℃,600℃)分别缺氧热解1h和2h；将制成的生物炭冷却至室温后混匀装入自封袋中置于干燥恒温箱中保存备用。

本发明的优点及积极效果为：本发明添加生物炭培养45天，热解温度为500～600℃。添加生物炭培养45天后，当热解温度为500～600℃时变化最显著，可交换态Cd比例比对照分别下降了32.23％(1h)、37.60％(2h)和32.14％(1h)、36.70％(2h)；残渣态Cd比对照增加了0.8-1.2倍；生物炭的热解温度与土壤有机碳、可溶性有机碳、碱解氮和可交换态Cd比例呈显著负相关(P<0.01)；与土壤pH、有效磷呈正相关关系(P<0.01)。

该发明首次提出使用茶叶渣制备生物炭用于土壤Cd污染修复，提出了茶叶渣的农业废弃物有效利用新方法，与茶叶渣直接添加到Cd污染土壤相比，500～600℃制备茶叶渣生物炭能使得Cd污染土壤的生物有效性明显降低，起到明显的重金属钝化效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于热解条件对茶叶渣生物炭特性及Cd污染土壤修复方法流程图。

图2是本发明实施例提供的不同生物炭的傅里叶红外谱图(a,1h；b,2h)示意图。