[发明专利]一种纳米零价铁土壤改良剂及其制备方法和用途

说明书

公开了一种土壤改良剂，其为纳米零价铁复合改性材料，所述复合材料材料包括壳聚糖、亲水改性生物炭和纳米零价铁。此外，还公开了其制备方法和用于改良Cr(VI)污染土壤的用途。该土壤改良剂更有效降低土壤中的Cr(VI)含量；同时易溶态铬向固态铬的转化比例更高。

技术领域

本发明属于土壤改良技术领域；涉及一种纳米零价铁土壤改良剂及其制备方法和用途。

背景技术

铬(Cr)是自然界普遍存在的元素，也是生物毒性最为严重的重金属元素之一。伴随着经济的高速发展，铬化合物广泛应用于电镀、冶金、纺织、涂料、医药、印染等行业。由于含铬废水的排放以及含铬污泥的渗漏等因素，导致我国部分地区土壤铬污染状况十分严重。

在土壤环境中，铬元素的主要价态是三价(Cr(III))和六价(Cr(VI))；后者更被国际癌症研究署列为第I类致癌物。铬元素不仅影响农作物的品质和产品，而且经由食物链在生物体内不断积累和富集，对人类生命健康与安全构成重大威胁。其中，Cr(VI)毒性是Cr(III)的100倍以上。

Cr(VI)的离子形式为CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-。由于这类离子带有负电荷，不容易被土壤矿物和胶体所吸附，吸附率通常只有8.5-36.2％。大多数Cr(VI)游离在土壤间隙中，具有较高的水溶性、迁移性和生物可利用性，因而也具有更大的危害性。因此，有效改良铬污染土壤的关键所在是如何降低土壤中Cr(VI)的含量。

近年来，纳米零价铁因为其具有优良的吸附性能，较高的还原活性，已经逐渐用于Cr(VI)污染土壤的改良方面。根据文献报道，当土壤中Cr(VI)含量较低(例如10mg/kg)时，经过一定时间改良，Cr(VI)的去除率甚至高达100％。

然而，纳米零价铁改良Cr(VI)污染土壤，会造成土壤板结并且释放过量铁离子，引起二次污染，从而不利于土壤的再利用及农作物的再生长。另一方面，纳米零价铁比表面积大，活性高，同时具有磁性，容易团聚成大颗粒，同时与土壤中的水和氧气发生反应形成钝化层。基于上述两方面原因，迫切需要提高纳米零价铁还原Cr(VI)的效率。

为了解决上述问题，人们将纳米零价铁与有机肥或碳基材料联合使用来克服这一难题。VemulaMadhavi等人将CMC^-纳米零价铁与农场粪肥混合改良Cr(VI)污染的土壤。结果显示，当CMC^-纳米零价铁的量从0.1mg·100g^-1增至0.3mg·100g^-1和农场粪肥的量从50mg·100g^-1增加到100mg·100g^-1时，Cr(VI)的还原率可从60％增加到80％。

中国专利申请CN106179202A公开了一种铁基-氨基复合改性生物炭材料及制备与应用。所述制备方法为：将农林废弃物依次经晾干、破碎、加热碳化、筛分、盐酸处理去除盐分，得到预处理的生物炭，然后将其在浓硝酸和浓硫酸的浓酸混合液中硝化，得到硝化的生物炭，再经还原剂进行还原，得到氨基生物炭；将所得氨基生物炭浸泡在含铁化合物的溶液中平衡一段时间，在搅拌和通入惰性气体的条件下加入还原剂进行反应，反应产物经过滤、洗涤、真空干燥，得到铁基-氨基复合改性生物炭材料。所得到的铁基-氨基复合改性生物炭材料是环境友好材料，并且对重金属的吸附性能大大提高，适合用于中低浓度的重金属废水的处理。