[发明专利]一种农田土壤重金属污染的钝化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种农田土壤重金属污染的钝化剂及其制备方法和应用，包括富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料和淀粉溶液，各成分的重量份数为：富镁硅酸盐矿物材料：30~80；活化纳米碳材料：0.1~4；褐煤活化腐殖质材料：25~40。本发明的钝化剂可在吸附固定重金属的同时，增加土壤有机质含量，增大土壤肥力进一步改良土壤。

技术领域

本发明涉及农田土壤重金属污染的钝化剂技术领域，特别是一种土壤重金属铅(Pb)、镉(Cd)原位钝化的复合环境材料。

背景技术

由于土壤污染来源复杂，污染种类多以及其隐蔽性和滞后性，给治理带来了非常大的困难。土壤污染分为有机污染、无机污染、重金属污染、固体废弃物污染及病原微生物污染，其中重金属污染对动植物伤害尤为严重。我国受到镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)等重金属污染的耕地面积近2000万hm²，约占全国总耕地面积的20％，重金属Cd污染耕地约113万hm²，涉及11省市的25个地区；粮食中含Pb量大于110mg/kg的地区也有11个。不断增加的重金属污染已导致大面积土地不能耕作。植物受Cd污染毒害时，一般表现为植物细胞和整个植株的生长发育受到比较大的抑制，细胞内的线粒体和叶绿体受到较大破坏，导致呼吸作用和光合作用受到严重削弱；叶片发黄，植株生物量下降，干物质质量减轻；保卫细胞中的水分和离子迁移受到较大影响，导致植株缺水、萎蔫。同时，受到Cd污染的植物细胞膜透性增大，细胞体内游离脯氨酸增多，严重者导致植株死亡。植物体内富集的重金属通过食物链进入到动物和人体。Cd进入人体后不易排出，主要存在于人体肝肾等器官中。Cd的慢性中毒表现为损坏肾脏吸收功能，导致人体免疫力降低，骨质疏松，软化，全身疼痛，关节受损，骨节变形。而重金属Pb在人体中累积则会损害人体神经系统，引起贫血、肾炎等症状。因此，土壤重金属污染，特别是农田土壤的重金属污染更应该被重视。

目前，对重金属污染农田土壤的修复一般采用原位修复方式，主要修复技术包括化学钝化、植物修复、微生物修复等。农田土壤钝化技术是向被污染土壤中加入钝化剂，通过吸附、沉淀、离子交换等作用，改变重金属离子在土壤中的赋存状态，降低重金属污染在土壤环境中的溶解、迁移性、浸出毒性以及生物有效性，减少由于降雨淋溶或地表渗滤对动植物造成毒害。美国等发达国家对重金属钝化做了较多的研究，形成了许多成熟的土壤重金属污染钝化技术。目前，国内主要采用水泥，粉煤灰等材料处理被重金属污染的污泥，并且有很多技术手段已经被广泛应用。研究证实，一些工业副产物如石灰、粉煤灰、赤泥、沸石等，以及一些有机生物质质材料如腐殖质、风化煤等，可以稳定土壤中的Pb、Cd、Cu、Zn、Cr等重金属，使其浸出毒性大大降低。但是这方面的技术还很不成熟，没有形成整体完善的技术方案。

发明内容

本发明的技术目标是研制一种降低农田土壤重金属铅镉活性的钝化剂。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种农田土壤重金属污染的钝化剂，包括富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料、褐煤活化腐殖质材料和淀粉溶液，各成分的重量份数为：富镁硅酸盐矿物材料：30～80；活化纳米碳材料：0.1～4；褐煤活化腐殖质材料：25～40；浓度为5％-10％淀粉溶液：15～35。

进一步的，富镁硅酸盐矿物为石棉尾矿酸浸渣，经过1小时600℃煅烧后的80-100目的SiO₂含量达85％以上的复合矿物材料。

进一步的，活化纳米碳材料的制备方法为：以石墨为原料，将其制成石墨电极，放入电解质溶液中，在直流脉冲电流的作用下，生成纳米碳溶胶；再加热蒸发，除去水和挥发性物质，得到活化纳米碳材料。

进一步的，褐煤活化腐殖质材料的制备方法为：褐煤在粉碎机上粉碎成80-100目的颗粒，用1％-10％的盐酸溶液洗脱得褐煤腐殖质；在30-100℃条件下，褐煤腐殖质与环氧氯丙烷在10％-40％的氢氧化钠溶液中反应3-10小时，取出干燥即得褐煤活化腐殖质材料。