一種農田土壤重金屬污染的鈍化劑及其制備方法和應用

一、基本信息

1.專利號：ZL201711005375.7。

2.發明人：黃占斌、賈建麗、馬妍、王璐、孫朋成、陸中桂。

3.專利權人：中國礦業大學（北京）。

4.授權時間：2020年3月17日。

5.技術領域：本發明屬于農業生產領域，并涉及農田土壤重金屬污染的鈍化劑技術領域，特別是一種土壤重金屬鉛、鎘原位鈍化的復合環境材料。

二、發明內容

本發明的目的是通過一種操作過程簡單，農田土壤重金屬鉛、鎘固定效果好的制備方法，研制一種原材料來源廣泛、成本低、降低農田土壤重金屬鉛、鎘活性的鈍化劑。

（一）原料質量比例

富鎂硅酸鹽礦物材料：30～80；活化納米碳材料：0.1～4；褐煤活化腐殖質材料：25～40；濃度為5%～10%淀粉溶液：15～35。

（二）制作過程

1. 富鎂硅酸鹽礦物材料：將石棉尾礦酸浸渣600 ℃煅燒1小時后，過80～100目篩，獲得SiO2含量達85%以上的復合礦物材料。

2. 活化納米碳材料：以石墨為原料，將其制成石墨電極，放入電解質溶液中，在直流脈沖電流的作用下，生成納米碳溶膠；再加熱蒸發，除去水和揮發性物質，得到活化納米碳材料。

3. 褐煤活化腐殖質材料：將褐煤在粉碎機上粉碎成80～100目的顆粒，用1%～10%的鹽酸溶液洗脫得到褐煤腐殖質。在30～100 ℃條件下，將褐煤腐殖質與環氧氯丙烷在10%～40%的氫氧化鈉溶液中反應3～10小時后，取出干燥即得褐煤活化腐殖質材料。

4.農田土壤重金屬污染的鈍化劑：將富鎂硅酸鹽礦物材料、活化納米碳材料和褐煤活化腐殖質材料按配比攪拌均勻，加入濃度為5%～10%的淀粉溶液拌勻，采用造粒機制成顆粒狀或棒狀，干燥，即得到所研制的農田土壤重金屬污染的鈍化劑。

（三）使用方法

以鈍化劑200千克/畝的用量，在耕種前一個月，均勻撒入田間，再以旋耕機翻耕兩遍，保證鈍化劑在農田與表層土壤攪拌均勻，后灌水停留老化。各材料成分在土地中的施用量為富鎂硅酸鹽礦物材料7.5 g/kg、活化納米碳材料0.25 g/kg、褐煤活化腐殖質材料2.5 g/kg。

（四）有益效果

原材料中富鎂硅酸鹽礦物材料來源廣，價格低廉，易于獲取；褐煤腐殖質經過系列處理后，減少了其中鈣鎂離子含量，增加了和重金屬離子反應的有效態基團含量，同時可提升土壤pH，促使土壤重金屬離子形成堿性沉淀物，從而降低土壤重金屬活性；活化納米碳和褐煤活化腐殖質具有一定的氮素保持和增效作用，可在吸附固定重金屬的同時，增加土壤有機質含量，增大土壤肥力進一步改良土壤。

三、背景技術

由于土壤污染來源復雜，污染種類多以及其隱蔽性和滯后性，給治理帶來了非常大的困難。土壤污染分為有機污染、無機污染、重金屬污染、固體廢棄物污染及病原微生物污染。其中，重金屬污染對動植物傷害尤為嚴重。我國受到鎘、鉛、砷、鉻等重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃，約占全國總耕地面積的20%，重金屬鎘污染耕地約113萬公頃，涉及11省市的25個地區；糧食中含鉛量大于110 mg/kg的地區也有11個。不斷增加的重金屬污染已導致大面積土地不能耕作。植物受鎘污染毒害時，一般表現為植物細胞和整個植株的生長發育受到比較大的抑制，細胞內的線粒體和葉綠體受到較大破壞，導致呼吸作用和光合作用受到嚴重削弱；葉片發黃，植物生物量下降，干物質質量減輕；保衛細胞中的水分和離子遷移受到較大影響，導致植株缺水、萎、蔫。同時，受到鎘污染的植物細胞膜透性增大，細胞體內游離脯氨酸增多，嚴重者會導致植株死亡。植物體內富集的重金屬通過食物鏈進入到動物和人體。鎘進入人體后不易排出，主要存在于人體肝腎等器官中。重金屬鉛在人體中累積則會損害人體神經系統，引起貧血、腎炎等癥狀。因此，土壤重金屬污染，特別是農田土壤的重金屬污染更應該被重視。

目前，對重金屬污染農田土壤的修復一般采用原位修復方式，主要修復技術包括化學鈍化、植物修復、微生物修復等。農田土壤鈍化技術是向被污染土壤中加入鈍化劑，通過吸附、沉淀、離子交換等作用，改變重金屬離子在土壤中的賦存狀態，降低重金屬污染在土壤環境中的溶解、遷移性、浸出毒性以及生物有效性，減少由于降雨淋溶或地表滲濾對動植物造成毒害。美國等發達國家對重金屬鈍化做了較多的研究，形成了許多成熟的土壤重金屬污染鈍化技術。目前，國內主要采用水泥、粉煤灰等材料處理被重金屬污染的污泥，并且有很多技術手段已經被廣泛應用。研究證實，一些工業副產物如石灰、粉煤灰、赤泥、沸石等，以及一些有機生物質材料如腐殖質、風化煤等，可以穩定土壤中的鉛、鎘、銅、鋅、鉻等重金屬，使其浸出毒性大大降低。但是這方面的技術還很不成熟，沒有形成整體完善的技術方案。