CN107099302A - 一种土壤重金属钝化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤重金属钝化剂的制备方法，属于土壤改良技术领域。本发明将皇竹草粉末与氢氧化钠溶液混合加热后过滤，收集滤渣与发泡剂等混合过滤，收集滤渣蒸汽处理后烘干粉碎得多孔皇竹草，随后将其与泥炭土等混合烘干，经粉碎过筛得混合粉末，再将蚯蚓粪和营养液混合发酵后过滤，得发酵液和发酵物，将发酵物进行改性得改性蚯蚓粪，将混合粉末与发酵液混合干燥，得改性物后与改性蚯蚓粪混合并粉碎过筛，即可得到土壤重金属钝化剂，本发明制得的钝化剂有效解决了传统钝化剂存在环境污染、钝化作用不持久的缺陷，同时对土壤中重金属的钝化效果较好，且施用方便，不会对农田造成二次污染。

Description

一种土壤重金属钝化剂的制备方法

技术领域

本发明公开了一种土壤重金属钝化剂的制备方法，属于土壤改良技术领域。

背景技术

随着工业化和城市化的不断推进，土壤重金属污染问题越来越受到人们的高度重视。目前已有多种物理/化学修复方法，如：深耕法、排土法、客土法、热解吸法、热处理法、电化学法和化学冲洗法、化学原位钝化法等治理方法。现在最常用的物理/化学修复方法是土壤重金属的原位钝化法，主要是向土壤中添加钝化剂，通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列反应，降低重金属污染物的生物有效性和可迁移性，从而达到修复目的的方法。

目前已初步形成了粘土矿物、磷肥类物质、电厂炉渣、硅素类物质、微量元素肥料、电厂炉渣等碱性类物质、有机物料和复合钝化剂等八大类别的土壤重金属钝化剂。这些钝化剂的原理都是通过改变重金属在土壤中的存在状态，使其由活性态转变为稳定态，从而降低其毒害作用。

虽然现有的钝化剂对土壤中重金属的钝化效果取得了一定的成效，但是钝化剂的大量使用存在破坏土壤结构、重金属二次释放、污染地表水和地下水等潜在风险，且目前常用的钝化剂钝化作用不持久，对重金属的钝化效果不太理想。这些缺陷严重限制了钝化剂的应用和推广。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有的土壤重金属钝化剂存在破坏土壤结构、重金属二次释放、污染地表水和地下水的风险，且钝化作用不持久的缺陷，提供一种土壤重金属钝化剂的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）称取皇竹草，晒干后放入粉碎机中粉碎，过筛后得皇竹草粉末，按质量比1:5将皇竹草粉末加入碱溶液中，加热后过滤得煮制物；

（2）按质量比1:10将煮制物加入水中，混合后依次加入发泡剂和月桂基两性醋酸钠，快速搅拌后过滤得滤渣，将滤渣放入蒸汽炉中，升温后蒸汽处理15～20min，得膨胀物；

（3）将膨胀物放入烘箱中，干燥后粉碎，过筛得多孔皇竹草，按质量比1:2将泥炭土和多孔皇竹草混合得泥炭土混合物，向泥炭土混合物中加入柠檬酸溶液，混合后放入烘箱中干燥，得干燥物，将干燥物粉碎，过筛，得混合粉末，备用；

（4）按质量比1:8将蚯蚓粪加入蛋白胨溶液中，并加入蔗糖，搅拌混合后放入恒温振荡仪中，在温度为35～37℃，转速为120～150r/min条件下振荡发酵18～20h，发酵后过滤，分别得发酵液和发酵物；

（5）将发酵物放入烘箱中，干燥后得干燥发酵物，按质量比1:10将干燥发酵物加入壳聚糖溶液中，并加入高锰酸钾，搅拌混合后过滤，得滤饼，冷冻干燥后得改性蚯蚓粪；

（6）按质量比1:5将步骤（3）备用的混合粉末加入发酵液中，在35～37℃温度下搅拌得混合浆料，将混合浆料在35～37℃温度下干燥，得改性物，按质量比10:1将改性物与改性蚯蚓粪混合，混合后粉碎，过筛，即可得到土壤重金属钝化剂。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将皇竹草粉末与碱溶液煮制后析出纤维素，再向析出的纤维中加入

发泡剂和表面活性剂剂，在高温蒸汽调节下进行膨胀处理，使得纤维素内部产生蓬松多孔的结构，可以很好的将培养的微生物负载在纤维素结构中，最终得到的土壤重金属钝化剂不仅能提高对污染土壤中重金属的钝化率，且能与土壤颗粒紧密结合，降低钝化剂的迁移，延长了钝化作用时间；

（2）本发明是通过加入营养元素对蚯蚓粪中的微生物进行富集培养，培养后得到耐重金属的微生物，这些微生物可通过自身的抗性***缓解重金属的毒性，并且能促进重金属的吸收和富集；

（3）本发明制得的土壤重金属钝化剂将生物、化学和物理的方法相结合，通过

微生物、纤维可吸附结构和络合剂的作用下，可以完成对重金属吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原一系列反应，降低重金属污染物的生物有效性和可迁移性，从而达到改良土壤的目的；

（4）本发明制得的土壤重金属钝化剂对由多种重金属元素引起的农田污染都具有显著的钝化效果，钝化率达84～96%，施用后，土壤中镉含量降低了75～85%，铅含量降低了68～72%，同时本发明钝化剂绿色环保，施用后不会破坏土壤结构和造成二次污染，且本发明钝化剂钝化作用持久，施用一次可持续作用4～6个作物生长季。

具体实施方式

准备皇竹草、质量分数为15%氢氧化钠溶液、水、月桂基两性醋酸钠、泥炭土、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、4,4'-氧代双苯磺酰肼、质量分数为8%柠檬酸溶液、蚯蚓粪、质量分数0.1%蛋白胨溶液、蔗糖、质量分数为0.5%壳聚糖溶液和高锰酸钾，完成备料。

称取200～300g皇竹草，晒干后放入粉碎机中粉碎，过100～120目筛得皇竹草粉末，按质量比1:5将皇竹草粉末加入质量分数为15%氢氧化钠溶液中，混合后加热至90～95℃，煮制30～50min后过滤得煮制物，按质量比1:10将煮制物加入水中，混合10～15min后依次加入煮制物质量1～3%发泡剂和煮制物质量3～5%月桂基两性醋酸钠，以1500～2000r/min转速搅拌20～25min后过滤得滤渣，将滤渣放入蒸汽炉中，升温至98～100℃后蒸汽处理15～20min，得膨胀物，将膨胀物放入烘箱中，在40～50℃的温度下干燥10～12h，干燥后加入粉碎机中粉碎，过120～140目筛得多孔皇竹草，按质量比1:2将泥炭土和多孔皇竹草混合得泥炭土混合物，向泥炭土混合物中加入泥炭土混合物质量40～50%质量分数为8%柠檬酸溶液，混合20～30min后放入烘箱中，在70～80℃温度下干燥8～10h，得干燥物，将干燥物加入粉碎机中粉碎，过100～120目筛，得混合粉末，按质量比1:8将蚯蚓粪加入质量分数0.1%蛋白胨溶液中，并加入蛋白胨溶液质量2～4%蔗糖，搅拌混合10～15min后放入恒温振荡仪中，在温度为35～37℃、转速为120～150r/min条件下振荡发酵18～20h，发酵后过滤，分别得发酵液和发酵物，将发酵物放入烘箱中，在50～70℃温度下干燥6～8h后得干燥发酵物，按质量比1:10将干燥发酵物加入质量分数为0.5%壳聚糖溶液中，并加入干燥发酵物质量0.1～0.3%高锰酸钾，搅拌混合1～2h后过滤，得滤饼，冷冻干燥后得改性蚯蚓粪，按质量比1:5将混合粉末加入发酵液中，在35～37℃温度下搅拌10～12h，搅拌后得混合浆料，将混合浆料在35～37℃温度下干燥8～10h，得改性物，按质量比10:1将改性物与改性蚯蚓粪混合，混合后粉碎，过100～120目筛，即可得到土壤重金属钝化剂。

所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、4,4'-氧代双苯磺酰肼中的一种或多种。

将本发明制备的土壤重金属钝化剂与土壤充分接触，并在土壤表层喷水，控制土壤水分含量为50～65%，最后在喷水完成后钝化反应15～30天，经检测，本发明制得的环保稳定土壤重金属钝化剂对土壤中的重金属具有较好的钝化作用，钝化率达84～96%，施用后，土壤中镉含量降低了75～85%，铅含量降低了68～72%，同时本发明钝化剂绿色环保，施用后不会破坏土壤结构和造成二次污染。

实例1

称取200g皇竹草，晒干后放入粉碎机中粉碎，过100目筛得皇竹草粉末，按质量比1:5将皇竹草粉末加入质量分数为15%氢氧化钠溶液中，混合后加热至90℃，煮制30min后过滤得煮制物，按质量比1:10将煮制物加入水中，混合10min后依次加入煮制物质量1%发泡剂和煮制物质量3%月桂基两性醋酸钠，以1500r/min转速搅拌20min后过滤得滤渣，将滤渣放入蒸汽炉中，升温至98℃后蒸汽处理15min，得膨胀物，将膨胀物放入烘箱中，在40℃的温度下干燥10h，干燥后加入粉碎机中粉碎，过120目筛得多孔皇竹草，按质量比1:2将泥炭土和多孔皇竹草混合得泥炭土混合物，向泥炭土混合物中加入泥炭土混合物质量40%质量分数为8%柠檬酸溶液，混合20min后放入烘箱中，在70℃温度下干燥8h，得干燥物，将干燥物加入粉碎机中粉碎，过100目筛，得混合粉末，按质量比1:8将蚯蚓粪加入质量分数0.1%蛋白胨溶液中，并加入蛋白胨溶液质量2%蔗糖，搅拌混合10min后放入恒温振荡仪中，在温度为35℃、转速为120r/min条件下振荡发酵18h，发酵后过滤，分别得发酵液和发酵物，将发酵物放入烘箱中，在50℃温度下干燥6h后得干燥发酵物，按质量比1:10将干燥发酵物加入质量分数为0.5%壳聚糖溶液中，并加入干燥发酵物质量0.1%高锰酸钾，搅拌混合1h后过滤，得滤饼，冷冻干燥后得改性蚯蚓粪，按质量比1:5将混合粉末加入发酵液中，在35℃温度下搅拌10h，搅拌后得混合浆料，将混合浆料在35℃温度下干燥8h，得改性物，按质量比10:1将改性物与改性蚯蚓粪混合，混合后粉碎，过100目筛，即可得到土壤重金属钝化剂。

将本实例制备的土壤重金属钝化剂与土壤充分接触，并在土壤表层喷水，控制土壤水分含量为50%，最后在喷水完成后钝化反应15天，经检测，本实例制得的环保稳定土壤重金属钝化剂对土壤中的重金属具有较好的钝化作用，钝化率达90%，施用后，土壤中镉含量降低了80%，铅含量降低了70%，同时本实例钝化剂绿色环保，施用后不会破坏土壤结构和造成二次污染。

实例2

称取250g皇竹草，晒干后放入粉碎机中粉碎，过110目筛得皇竹草粉末，按质量比1:5将皇竹草粉末加入质量分数为15%氢氧化钠溶液中，混合后加热至93℃，煮制40min后过滤得煮制物，按质量比1:10将煮制物加入水中，混合13min后依次加入煮制物质量2%发泡剂和煮制物质量4%月桂基两性醋酸钠，以1750r/min转速搅拌23min后过滤得滤渣，将滤渣放入蒸汽炉中，升温至99℃后蒸汽处理18min，得膨胀物，将膨胀物放入烘箱中，在45℃的温度下干燥11h，干燥后加入粉碎机中粉碎，过130目筛得多孔皇竹草，按质量比1:2将泥炭土和多孔皇竹草混合得泥炭土混合物，向泥炭土混合物中加入泥炭土混合物质量45%质量分数为8%柠檬酸溶液，混合25min后放入烘箱中，在75℃温度下干燥9h，得干燥物，将干燥物加入粉碎机中粉碎，过110目筛，得混合粉末，按质量比1:8将蚯蚓粪加入质量分数0.1%蛋白胨溶液中，并加入蛋白胨溶液质量3%蔗糖，搅拌混合13min后放入恒温振荡仪中，在温度为36℃、转速为135r/min条件下振荡发酵19h，发酵后过滤，分别得发酵液和发酵物，将发酵物放入烘箱中，在60℃温度下干燥7h后得干燥发酵物，按质量比1:10将干燥发酵物加入质量分数为0.5%壳聚糖溶液中，并加入干燥发酵物质量0.2%高锰酸钾，搅拌混合1h后过滤，得滤饼，冷冻干燥后得改性蚯蚓粪，按质量比1:5将混合粉末加入发酵液中，在36℃温度下搅拌11h，搅拌后得混合浆料，将混合浆料在36℃温度下干燥9h，得改性物，按质量比10:1将改性物与改性蚯蚓粪混合，混合后粉碎，过110目筛，即可得到土壤重金属钝化剂。

将本实例制备的土壤重金属钝化剂与土壤充分接触，并在土壤表层喷水，控制土壤水分含量为60%，最后在喷水完成后钝化反应20天，经检测，本实例制得的环保稳定土壤重金属钝化剂对土壤中的重金属具有较好的钝化作用，钝化率达90%，施用后，土壤中镉含量降低了80%，铅含量降低了70%，同时本实例钝化剂绿色环保，施用后不会破坏土壤结构和造成二次污染。

实例3

称取300g皇竹草，晒干后放入粉碎机中粉碎，过120目筛得皇竹草粉末，按质量比1:5将皇竹草粉末加入质量分数为15%氢氧化钠溶液中，混合后加热至95℃，煮制50min后过滤得煮制物，按质量比1:10将煮制物加入水中，混合15min后依次加入煮制物质量3%发泡剂和煮制物质量5%月桂基两性醋酸钠，以2000r/min转速搅拌25min后过滤得滤渣，将滤渣放入蒸汽炉中，升温至100℃后蒸汽处理20min，得膨胀物，将膨胀物放入烘箱中，在50℃的温度下干燥12h，干燥后加入粉碎机中粉碎，过140目筛得多孔皇竹草，按质量比1:2将泥炭土和多孔皇竹草混合得泥炭土混合物，向泥炭土混合物中加入泥炭土混合物质量50%质量分数为8%柠檬酸溶液，混合30min后放入烘箱中，在80℃温度下干燥10h，得干燥物，将干燥物加入粉碎机中粉碎，过120目筛，得混合粉末，按质量比1:8将蚯蚓粪加入质量分数0.1%蛋白胨溶液中，并加入蛋白胨溶液质量4%蔗糖，搅拌混合15min后放入恒温振荡仪中，在温度为37℃、转速为150r/min条件下振荡发酵20h，发酵后过滤，分别得发酵液和发酵物，将发酵物放入烘箱中，在70℃温度下干燥8h后得干燥发酵物，按质量比1:10将干燥发酵物加入质量分数为0.5%壳聚糖溶液中，并加入干燥发酵物质量0.3%高锰酸钾，搅拌混合2h后过滤，得滤饼，冷冻干燥后得改性蚯蚓粪，按质量比1:5将混合粉末加入发酵液中，在37℃温度下搅拌12h，搅拌后得混合浆料，将混合浆料在37℃温度下干燥10h，得改性物，按质量比10:1将改性物与改性蚯蚓粪混合，混合后粉碎，过120目筛，即可得到土壤重金属钝化剂。

将本实例制备的土壤重金属钝化剂与土壤充分接触，并在土壤表层喷水，控制土壤水分含量为65%，最后在喷水完成后钝化反应30天，经检测，本实例制得的环保稳定土壤重金属钝化剂对土壤中的重金属具有较好的钝化作用，钝化率达96%，施用后，土壤中镉含量降低了85%，铅含量降低了72%，同时本实例钝化剂绿色环保，施用后不会破坏土壤结构和造成二次污染。

Claims (9)

1.一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

称取皇竹草，晒干后放入粉碎机中粉碎，过筛后得皇竹草粉末，按质量比1:5将皇竹草粉末加入碱溶液中，加热后过滤得煮制物；

按质量比1:10将煮制物加入水中，混合后依次加入发泡剂和月桂基两性醋酸钠，快速搅拌后过滤得滤渣，将滤渣放入蒸汽炉中，升温后蒸汽处理15～20min，得膨胀物；

将膨胀物放入烘箱中，干燥后粉碎，过筛得多孔皇竹草，按质量比1:2将泥炭土和多孔皇竹草混合得泥炭土混合物，向泥炭土混合物中加入柠檬酸溶液，混合后放入烘箱中干燥，得干燥物，将干燥物粉碎，过筛，得混合粉末，备用；

按质量比1:8将蚯蚓粪加入蛋白胨溶液中，并加入蔗糖，搅拌混合后放入恒温振荡仪中，在温度为35～37℃，转速为120～150r/min条件下振荡发酵18～20h，发酵后过滤，分别得发酵液和发酵物；

将发酵物放入烘箱中，干燥后得干燥发酵物，按质量比1:10将干燥发酵物加入壳聚糖溶液中，并加入高锰酸钾，搅拌混合后过滤，得滤饼，冷冻干燥后得改性蚯蚓粪；

按质量比1:5将步骤（3）备用的混合粉末加入发酵液中，在35～37℃温度下搅拌得混合浆料，将混合浆料在35～37℃温度下干燥，得改性物，按质量比10:1将改性物与改性蚯蚓粪混合，混合后粉碎，过筛，即可得到土壤重金属钝化剂。

2.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的碱溶液为质量分数15%氢氧化钠溶液，所述的加热煮制温度为90～95℃，加热煮制时间为30～50min。

3.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、4,4'-氧代双苯磺酰肼中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的发泡剂的质量为煮制物质量的1～3%，所述的月桂基两性醋酸钠为煮制物质量的3～5%。

5.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的快速搅拌的转速为1500～2000r/min，搅拌的时间为20～25min。

6.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的蒸汽处理温度为98～100℃。

7.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述柠檬酸溶液质量为泥炭土混合物质量的40～50%，所述的柠檬酸溶液为质量分数为8%柠檬酸溶液。

8.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的蛋白胨溶液为质量分数0.1%蛋白胨溶液，所述的蔗糖质量为蛋白胨溶液质量的2～4%。

9.根据权利要求1所述的一种土壤重金属钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的壳聚糖溶液为质量分数为0.5%壳聚糖溶液，所述的高锰酸钾质量为干燥发酵物质量的0.1～0.3%。