[发明专利]一种针对土壤重金属污染的磁性生物炭土壤修复剂及其应用

说明书

本发明属于土壤修复技术领域，公开了一种针对土壤重金属污染的磁性生物炭土壤修复剂及其制备方法和在在修复污染土壤中的应用，本发明的磁性生物炭土壤修复剂是经过以下步骤制得的：将富含磁性铁/钴/镍化合物的固体废料破碎后进行氯化焙烧；再通过磁选收集磁性粒子；然后将磁性粒子与农业废弃物，或者与农业废弃物和尿素的混合物按比例混合后进行碳化、球磨、磁选得到的。本发明还公开了采用该磁性生物炭对土壤进行修复的方法，采用二次翻耕、二次灌溉的方法，通过磁旋刀分离磁性生物炭和外排漂浮生物炭能够有效去除土壤重金属，为土壤重金属污染的治理提供了新的途径。

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种针对土壤重金属污染的磁性生物炭土壤修复剂及其制备方法和应用。

背景技术

铁尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。工业生产中还会产生很多赤泥、钢渣、焊渣、废铁渣等富含磁性铁/钴/镍化合物的固体废料。铁尾矿及多种富含铁钴镍等氧化物的固体废弃物大量的闲置及废弃，不仅是一种资源的浪费，在长期的环境变化过程中也会对环境造成严重的危害和风险。如何合理处理处置固体废弃物，并提高其附加值，对于实现固体无害化及资源化至关重要。同样，农业生产生活过程中会产生大量的农业废弃物(杂草、水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、落叶、牛粪、猪粪、鸡粪等)，生物炭作为一种环境友好型功能材料，在减量和处理农业废弃物方面已得到了广泛的应用。然而，农业废弃物热解转化的生物炭材料，在实际应用中由于诸多劣势，粒径小，难分离而限制了其应用。

目前，对铁尾矿大多采取无害化和资源化处理两条路径。一是将重金属从铁尾矿中分离出来。另一途径是直接对铁尾矿进行资源化利用。中国专利申请CN201811427866.5公布了一种铁尾矿的焙烧处理方法，该方法通过焙烧将铁尾矿在惰性气体氛围下焙烧，将挥发烟气回收得到金属氯化物，残渣进而磁选得到磁铁矿；该发明通过特定的惰性气体、氯化剂的添加量和焙烧升降温程序控制，实现了铁尾矿的磁化分离，和有价金属铅、铜、锌的回收，从根本上减轻了铁尾矿处理工艺过程污染大、影响烟气中金属回收的问题，且操作简便，成本较低，对铁尾矿减量化和资源化效益明显；该方法虽能够减量和资源化利用铁尾矿，但尚未将其制备成高附加值材料。

随着工业化和城市化的快速发展，工业活动导致环境介质(土壤)中有毒元素的增加，由于其稳定性和生物难降解性，农作物对有毒金属的富集，土壤修复和保障粮食安全受到了全世界的广泛关注。利用生物炭修复土壤已经得到广泛认可，传统生物炭修复土壤有一定的时效性、成本高、修复效率低，且不能降低土壤重金属的含量。

中国专利授权公告号CN104971697B，公布了一种用于去除水体中砷污染的磁性生物炭材料的制备及应用方法，该方法通过炭化谷壳改性得到CRHO，制得负载纳米Fe₃O₄改性炭化谷壳颗粒；该发明中的磁性生物炭CRHO-Fe₃O₄不仅对含砷废水较高的去除率，而且廉价无二次污染，方便磁性生物炭CRHO-Fe₃O₄多次回收重复利用，能广泛应用到中低浓度含砷废水处理领域；该方法主要是应用于水体系中的As去除，功能较为单一。中国专利授权公告号CN111570494B公开了一种重金属污染土壤修复方法，向土壤中投入0.5～2％的改性磁性生物炭，使改性磁性生物炭漂浮出水面，然后将富集游离态Cd和土壤黏粒的磁性生物炭回收，从而达到使土壤总Cd减量的目的；其改性磁性生物炭是将生物炭原料破碎后浸渍于含有Fe²⁺的溶液中，振荡后过滤获得固体原料，烘干后热解处理获得磁性生物炭，采用水热法制备磁性生物炭负载的Ca-Al水滑石吸附剂，然后采用壳聚糖改性得到；该方法虽然利用了生物炭质轻的特性，但其磁化效应未考虑，显然土壤与生物炭混合后漂浮量是少量的，无法做到大量的移除，另外土壤通常为复合污染，该方法中磁性生物炭仅对Cd具有较好的效果，其他的毒性金属作用未知，土壤耕作安全也未知。

目前利用尾矿等固体废弃物和农业废弃物制备磁性生物炭的方法及在土壤修复方面的应用尚未见报道。

发明内容