[发明专利]一种降低水稻砷吸收的锰改性生物炭及其施用方法

说明书

本发明公开了一种降低水稻砷吸收的锰改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：(1)选取生物质，在氮气保护下热解，冷却后取出，粉碎过筛，制得生物炭粉末；(2)将步骤(1)的生物炭粉末，洗至中性，干燥，得中性生物炭；(3)取步骤(2)的中性生物炭、锰和水，用超声处理后，水浴蒸干，在氮气保护下再次热解，冷却后取出，即得锰改性生物炭。还提供了利用上述方法制成的锰改性生物炭以及锰改性生物炭的施用方法。该制备方法具有条件温和、操作流程简单、原材料易得、可大规模生产以及绿色环保的特点。该锰改性生物炭对土壤砷吸附能力高，能降低水稻对砷的吸收，减少稻米中的砷。该施用方法可用于砷污染农田修复，提高稻米质量安全水平。

技术领域

本发明属于农田土壤调理剂技术领域，具体涉及一种降低水稻砷吸收的锰改性生物炭及其施用方法。

背景技术

砷超标已成为水稻种植中关注的重点问题之一，水稻土在水淹厌氧条件下的有效砷含量更高，砷污染达到一定程度不仅能显著抑制水稻生长发育，更严重影响我国的稻米质量安全。

以生物质为原料制备的生物炭具有无污染、高吸附量、来源广泛等特点，已成为农业领域最具发展潜力的投入品之一。生物炭作为土壤改良剂在重金属污染修复、促进植物生长、提高作物产量等方面显示出较大潜力。但是，生物炭对砷的作用并没有展现良好的吸附能力，尽管其对As(Ⅲ)有一定的氧化作用，但是会增加砷的生物有效性。Benis等人(Benis K Z,Damuchali A M,Soltan J,et al.Treatment of aqueous arsenic–A reviewof biochar modification methods[J].Science of The Total Environment,2020,739:139750.)研究发现锰改性是提高生物炭对砷吸附性能的有效方法，锰氧化物可以有效地降低土壤有效砷含量，在厌氧条件下仍能促进As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)。于志红等人(于志红,黄一帆,廉菲,等.生物炭-锰氧化物复合材料吸附砷(Ⅲ)的性能研究[J].农业环境科学学报,2015,34(1):155-161.)研究发现利用锰改性虽然降低了生物炭的比表面积，但是平均孔径增大，增强了锰氧化物的负载，而且也增强了生物炭的极性及其含氧官能团的含量，从而增强了表面吸附性能和氧化性能。

如专利CN 107413296A公开了一种用于吸附重金属锑镉的生物炭铁锰尖晶石复合材料，其由溶液B匀速滴入悬浮液A中，然后经2.5～3.5小时搅拌，再经离心、洗涤和干燥后制得生物炭铁锰尖晶石复合材料；其中溶液B为0.1mol/L的高锰酸钾溶液，悬浮液A由水、七水硫酸亚铁和茶叶枝生物炭按重量比100：(8.0～8.5)：(0.8～1.(2)组成；用于重金属锑、镉的环境中具有良好的重金属吸附、去除效果。

如专利CN 107983300A公开了一种二氧化锰修饰的生物炭复合材料及其制备方法，该复合材料包括二氧化锰和生物炭；二氧化锰修饰的生物炭复合材料是通过高锰酸盐与二价锰盐中锰元素的归中反应将生成的二氧化锰负载到生物炭上制备而成；该复合材料可作为重金属废水中铅或镉的吸附剂。

如专利CN111715183A公开了一种铁锰改性椰壳生物炭材料及其制备方法与应用，所述材料由可溶性铁盐与可溶性高锰酸盐对椰壳生物炭改性而得；所述材料可高效钝化土壤中Cd、As生物有效性，对Cd、As复合污染的土壤具有较好的修复作用。

由此可见，目前现有技术公开的生物炭-锰复合材料，并没有提供一种简便易行的制备方法，也不能有效降低水稻中的砷含量及其达到稻米砷合格的施用技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低水稻砷吸收的锰改性生物炭的制备方法，该制备方法具有条件温和、操作流程简单、原材料易得、可大规模生产以及绿色环保的特点。

本发明的目的还在于提供利用上述制备方法制得的降低水稻砷吸收的锰改性生物炭，该锰改性生物炭对土壤砷吸附能力高，能有效降低水稻对砷的吸收，用于轻中度砷污染农田修复，减少稻米中的砷，使稻米中砷含量达到合格水平。