[发明专利]重金属镉稳定剂硫基‑铁基复合改性生物炭的制备方法及改性生物炭

说明书

本发明公开了一种重金属镉稳定剂硫基‑铁基复合改性生物炭的制备方法及使用该方法制备得到的硫基‑铁基复合改性生物炭。所述制备方法为：(1)制备生物炭；(2)制备硫基化改性溶液；(3)制备硫基生物炭前驱物；(4)制备硫基‑铁基复合改性生物炭。本发明提供的硫基‑铁基复合改性生物炭不仅价格低廉、对环境友好；而且制备工艺简单，易于大规模生产运用；同时可以显著提高了土壤有机质含量，增强了土壤肥力；对土壤中可交换态镉具有较强的吸附、络合及共沉淀作用，使土壤中有效态镉达到显著的固化效果。

技术领域

本发明属于土壤重金属修复治理技术领域，具体涉及一种重金属镉稳定剂硫基-铁基复合改性生物炭的制备方法及改性生物炭。

背景技术

镉(Cd)是一种剧毒物质，具有隐蔽性、长期性、累积性和不可逆性的特点，在土壤中积累到一定程度不仅会导致土壤退化，农产品质量下降，而且还会通过食物链途径危害人体健康。如2009年湖南浏阳镉污染事件、2012年广西镉污染事件等，已引起人们的广泛关注。2014年我国环境保护部和国土资源部《全国土壤污染状况调查公报》显示，土壤重金属镉的点位超标比例占到全国所有调查点位的7％，居全国调查污染物之首，且污染面积逐年增加，严重威胁食品安全和人类健康。针对农田土壤重金属镉污染，亟待开发一种低成本、高效的治理技术方法，以降低农产品中重金属镉含量。

土壤重金属稳定化修复技术被认为治理农田土壤重金属污染最有效的方法之一。在受重金属污染的农田中，采用原位化学固定技术是指加入不同类型的稳定剂进行调节土壤的理化性质，使其产生沉淀、吸附、离子交换和氧化还原等一系列反应，从而降低重金属在土壤中的生物有效性和可迁移性，减少对动植物的危害。原位化学固定技术可以实现边修复、边生产，具有成本低、修复效率高、操作简单，可以满足当前我国土壤重金属污染治理及保障农产品安全需求。生物炭表面含有大量的羧基、羟基和酯基等官能团，具有较大的比表面积、丰富的孔隙结构、化学性质稳定、来源广泛和价格低廉，因而在土壤重金属稳定化修复方面受到极大的关注。周建斌等研究证明生物炭通过吸附或共同沉淀作用可以降低土壤镉的生物有效性(生态环境学报,2008,17(5):1857-1860)。Beesley等通过污染土壤的室内培育实验，发现生物炭可以使土壤孔隙水中Cd的浓度降低10倍，从而减少Cd对植物的毒害作用，证明了生物炭用来修复Cd污染土壤的可行性(Environmental Pollution,2011,159(12):3269-3282)。Li等发现生物炭可以通过提高土壤pH值来降低重金属在土壤中的移动性，对重金属产生稳定固化作用(Environmental Science and Pollution Research,2009,16(1):1-9)。

生物炭本身对土壤重金属固定能力有限，而改性生物炭能有效提高土壤重金属修复效率。近年来，我国开展了相关改性生物炭对土壤重金属的钝化的技术和应用，如中国专利申请公布号CN104388094A发明了一种铁基生物炭材料其制备工艺及在土壤污染治理中的应用，用于对土壤中镉砷复合污染，能有效降低土壤中砷镉的生物有效性，但采用的还原剂材料包括聚乙烯毗咯烷酮，所用的乳化剂材料为斯潘系列、聚乙烯醇，材料成本较高，且需在300℃搅拌反应6小时或者在800℃温度下搅拌反应2小时，反应温度过高，增加了生产成本。另外，中国专利CN105524623A公开了一种缓释型铁基生物炭土壤重金属钝化剂的制备及使用方法，可高效持续钝化土壤重金属镉，抑制稻米镉的吸收积累，但其铁基生物炭前驱体的温度需保持为100-200℃，合成温度过高，对设备要求较高，不利于大规模推广应用。中国专利CN104368306A发明了一种用于重金属污染土壤修复的类生物炭的制备方法，能有效降低污染土壤中镉向生物体的迁移，但反应的温度需长期维持在70～90℃，每隔1小时对堆体通入自然风15分钟，每个一个月补充一次水分，需8～10月的低温热解炭化，得到类生物炭粗产品，温度受外界环境影响较大，制备周期过长，不易于实际农田推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种重金属镉稳定剂硫基-铁基复合改性生物炭的制备方法以及用该方法获得的改性生物炭，以解决目前改性生物炭制备成本高、周期长、工艺复杂的问题。