[发明专利]重金属钝化剂及其制备和修复镉、铅污染土壤的方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染治理技术领域，具体涉及一种重金属钝化剂及其制备和修复镉、铅污染土壤的方法。

背景技术

目前，我国土壤重金属污染状况已经影响到耕地质量、食品安全甚至人的身体健康，且污染面积有不断增加。2014年环境保护部、国土资源部发布“全国土壤污染状况调查公报”显示，我国耕地土壤点位污染物超标率为19.4%，主要污染物为镉、镍、铜、砷等重金属；2011年，农业部对湖北、湖南、江西、四川四省重点污染区的88个县237.2万亩水稻田调查，超标面积160.8万亩，超标率67.8%，其中Cd和Pb污染较为突出。土壤污染对农产品安全构成威胁，南京农业大学教授潘根兴研究团队，在中国六个地区（华东、东北、华中、西南、华南和华北）县级以上市场随机采购大米样品91个，结果表明10%左右的市售大米重金属Cd超标。广东省农业厅、环保局和国土厅联合组织的广东大中城市郊区蔬菜生产基地的污染情况调查结果表明，Cd和Pb污染是蔬菜质量安全的最大的隐患。因此，土壤重金属的污染修复技术已备受关注。

重金属污染土壤的修复技术可归纳为两类：一类是利用工程措施和植物提取手段从土壤中去除重金属污染物，但工程措施（如客土，换土等）不适于面积大、污染强度小的耕地污染，而植物修复效率较低，周期长，特别是我国人多耕地少，不可能对现有的耕地实行完全不生产粮食，而利用植物修复技术来进行长时间的治理；二类是原位钝化修复技术，主要是通过添加钝化剂来改变土壤中重金属的形态，减少重金属的移动性和生物可利用性，从而减少植物对重金属的吸收。针对我国农田受重金属污染基本情况是污染面积大但污染程度不高的现状，如一般全Cd 含量≦5.0 mg k^-1，全Pb含量≦1000 mg kg^-1，因此应用原位钝化修复技术具有较大的优势。

原位钝化修复技术的关键是筛选和研制出具有实际应用价值的高效重金属钝化剂。目前用的比较多的，如石灰性物质、含磷物质类、生物质炭类、沸石类和有机肥类等。但是，各类钝化剂均有其适用的范围和局限性，且存在生产成本高昂或工艺复杂，仅限与实验室研究，不适宜大规模生产。本发明中所选用的钝化剂原材料——矾泥是采用传统的水浸法工艺生产明矾时排出的废渣，生产成本低廉。矾泥含有独特的晶体结构和丰富的对植物有益、必需的Al、Si、K等活性离子元素，其化学性质基本稳定，磨碎后具有粒度细、分散性好、比表面积大等特点。而且具有微多孔结构，具有钝化土壤中重金属离子的同时可以改良土壤的物理性状，增加对水分的通透性能。

发明内容

本发明主要针对我国农田受重金属污染的基本情况是污染面积广、污染强度低的特点，提出一种原料丰富、成本低廉、生产工艺简单、修复效率高的重金属钝化剂的制备方法及其原位修复Cd、Pb污染土壤的技术。

本发通过以下技术方案得以实现：

本发明第一目的在于提供重金属钝化剂，所述重金属钝化剂为羟基矾泥，用于修复遭受镉、铅污染的土壤。

本发明第二目的在于提供重金属钝化剂的制备方法，其步骤如下：

将矾泥干燥、磨碎后置于马弗炉以5℃ min-1匀速升温至 800℃，焙烧1～2h后自然冷却，水洗至中性并烘干；

第二步，将第一步中所得的固体中间产物与0.5～5.0 mol L-1的NaOH溶液混合，按固液比为0.5～1g:5～10mL比例配制成溶液，并加入0.5%吐温-80，水浴加热，控制反应温度和搅拌速度分别为100℃和600 r min-1反应时间为2～5小时；

第三步，第二步反应结束后冷却、沉淀、洗涤至中性，将固体部分烘干、研磨细度至100微米以下，得到羟基矾泥。

本发明第三目的在于提供重金属钝化剂修复镉、铅污染土壤的方法， 在待修复土壤种植作物前,将重金属钝化剂按50～200公斤/每亩用量施于地表，翻耕混匀、浇水，并保持土壤湿润4～16周，至该土壤中的有效态Cd含量≦0.5 mg kg-1和有效态Pb含量≦300 mg kg-1时，即可按常规方法种植、管理作物。

作为优选，所述污染土壤中全Cd含量≦5.0 mg kg^-1，全Pb含量≦800 mg kg^-1。

本发明提供的重金属钝化剂的制备及其修复镉、铅污染土壤的方法，具有以下优点：