一种农田土壤重金属污染的钝化剂及其制备方法和应用

一、基本信息

1.专利号：ZL201711005375.7。

2.发明人：黄占斌、贾建丽、马妍、王璐、孙朋成、陆中桂。

3.专利权人：中国矿业大学（北京）。

4.授权时间：2020年3月17日。

5.技术领域：本发明属于农业生产领域，并涉及农田土壤重金属污染的钝化剂技术领域，特别是一种土壤重金属铅、镉原位钝化的复合环境材料。

二、发明内容

本发明的目的是通过一种操作过程简单，农田土壤重金属铅、镉固定效果好的制备方法，研制一种原材料来源广泛、成本低、降低农田土壤重金属铅、镉活性的钝化剂。

（一）原料质量比例

富镁硅酸盐矿物材料：30～80；活化纳米碳材料：0.1～4；褐煤活化腐殖质材料：25～40；浓度为5%～10%淀粉溶液：15～35。

（二）制作过程

1. 富镁硅酸盐矿物材料：将石棉尾矿酸浸渣600 ℃煅烧1小时后，过80～100目筛，获得SiO2含量达85%以上的复合矿物材料。

2. 活化纳米碳材料：以石墨为原料，将其制成石墨电极，放入电解质溶液中，在直流脉冲电流的作用下，生成纳米碳溶胶；再加热蒸发，除去水和挥发性物质，得到活化纳米碳材料。

3. 褐煤活化腐殖质材料：将褐煤在粉碎机上粉碎成80～100目的颗粒，用1%～10%的盐酸溶液洗脱得到褐煤腐殖质。在30～100 ℃条件下，将褐煤腐殖质与环氧氯丙烷在10%～40%的氢氧化钠溶液中反应3～10小时后，取出干燥即得褐煤活化腐殖质材料。

4.农田土壤重金属污染的钝化剂：将富镁硅酸盐矿物材料、活化纳米碳材料和褐煤活化腐殖质材料按配比搅拌均匀，加入浓度为5%～10%的淀粉溶液拌匀，采用造粒机制成颗粒状或棒状，干燥，即得到所研制的农田土壤重金属污染的钝化剂。

（三）使用方法

以钝化剂200千克/亩的用量，在耕种前一个月，均匀撒入田间，再以旋耕机翻耕两遍，保证钝化剂在农田与表层土壤搅拌均匀，后灌水停留老化。各材料成分在土地中的施用量为富镁硅酸盐矿物材料7.5 g/kg、活化纳米碳材料0.25 g/kg、褐煤活化腐殖质材料2.5 g/kg。

（四）有益效果

原材料中富镁硅酸盐矿物材料来源广，价格低廉，易于获取；褐煤腐殖质经过系列处理后，减少了其中钙镁离子含量，增加了和重金属离子反应的有效态基团含量，同时可提升土壤pH，促使土壤重金属离子形成碱性沉淀物，从而降低土壤重金属活性；活化纳米碳和褐煤活化腐殖质具有一定的氮素保持和增效作用，可在吸附固定重金属的同时，增加土壤有机质含量，增大土壤肥力进一步改良土壤。

三、背景技术

由于土壤污染来源复杂，污染种类多以及其隐蔽性和滞后性，给治理带来了非常大的困难。土壤污染分为有机污染、无机污染、重金属污染、固体废弃物污染及病原微生物污染。其中，重金属污染对动植物伤害尤为严重。我国受到镉、铅、砷、铬等重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占全国总耕地面积的20%，重金属镉污染耕地约113万公顷，涉及11省市的25个地区；粮食中含铅量大于110 mg/kg的地区也有11个。不断增加的重金属污染已导致大面积土地不能耕作。植物受镉污染毒害时，一般表现为植物细胞和整个植株的生长发育受到比较大的抑制，细胞内的线粒体和叶绿体受到较大破坏，导致呼吸作用和光合作用受到严重削弱；叶片发黄，植物生物量下降，干物质质量减轻；保卫细胞中的水分和离子迁移受到较大影响，导致植株缺水、萎、蔫。同时，受到镉污染的植物细胞膜透性增大，细胞体内游离脯氨酸增多，严重者会导致植株死亡。植物体内富集的重金属通过食物链进入到动物和人体。镉进入人体后不易排出，主要存在于人体肝肾等器官中。重金属铅在人体中累积则会损害人体神经系统，引起贫血、肾炎等症状。因此，土壤重金属污染，特别是农田土壤的重金属污染更应该被重视。

目前，对重金属污染农田土壤的修复一般采用原位修复方式，主要修复技术包括化学钝化、植物修复、微生物修复等。农田土壤钝化技术是向被污染土壤中加入钝化剂，通过吸附、沉淀、离子交换等作用，改变重金属离子在土壤中的赋存状态，降低重金属污染在土壤环境中的溶解、迁移性、浸出毒性以及生物有效性，减少由于降雨淋溶或地表渗滤对动植物造成毒害。美国等发达国家对重金属钝化做了较多的研究，形成了许多成熟的土壤重金属污染钝化技术。目前，国内主要采用水泥、粉煤灰等材料处理被重金属污染的污泥，并且有很多技术手段已经被广泛应用。研究证实，一些工业副产物如石灰、粉煤灰、赤泥、沸石等，以及一些有机生物质材料如腐殖质、风化煤等，可以稳定土壤中的铅、镉、铜、锌、铬等重金属，使其浸出毒性大大降低。但是这方面的技术还很不成熟，没有形成整体完善的技术方案。