[发明专利]一种基于微生物组装合成的砷污染土壤修复固定剂及其制备和应用方法

说明书

本发明公开了一种基于微生物组装合成的砷污染土壤修复固定剂及其制备和应用方法。目前很多针对砷污染土壤修复的铁基材料因为外源铁的大量引入影响了土壤的结构性质以及铁盐类固定剂施用后容易使土壤酸化等问题，制约了其在土壤修复方面的发展。针对这些问题，本发明以纳米α‑Fe₂O₃为中心物质，采用丝状真菌菌丝包裹，制成针对受砷污染土壤的修复固定剂。将合成的产物按一定比例与土壤混合均匀，7天后砷污染土壤中水溶态砷和有效态砷的固定率分别达到83.2％和96.4％。本发明所述的固定剂，制备过程简单，高效无毒害，可生物降解，无二次污染，不会破坏土壤的理化性质，是一种环境友好型固定剂。

技术领域

本发明涉及微纳材料组装与砷污染土壤修复结合的技术领域，具体涉及一种适用于砷污染土壤修复的固定剂产品及其制备和应用方法。

背景技术

砷在许多行业中被广范应用，通过开采、加工、使用、废弃等过程使其大量残留到土壤中或进入大气和水体，造成土壤As污染普遍存在。砷是剧毒类非金属，在自然环境中主要以亚砷酸盐(As(III))和砷酸盐(As(V))的无机形式存在并通过微生物的氧化和还原相互转化。土壤砷污染会直接导致农产品品质下降，并通过食物链富集到人体和动物体内，对人体健康和生态安全造成严重威胁。我国受砷污染严重的省份有新疆、青海、湖南和广西等。因此，对我国砷污染土壤进行合理有效的修复已经迫在眉睫。

对砷污染土壤的修复及对砷超标而造成的高风险土壤的安全利用，一直是国内外研究的难点和热点。砷污染土壤修复无论是原位修复还是异位修复，其目的一般有两种：(1)使砷从土壤中提取出来， 减少土壤中砷污染物的总量。(2)砷仍然留在土壤中，通过氧化还原、固定、隔离、稀释等方法达到降低土壤中砷毒性的目的。目前，砷污染土壤修复主要有物理、化学、生物和联合修复等几大类方法，如深耕翻土法、化学淋洗法、生物修复技术等。物理方法尽管被认为是短期内行之有效的方法，但对于大面积砷污染土壤，需要消耗的人力物力巨大，成本太高；淋洗法易造成二次污染，使土壤某些营养元素流失；生物修复法处理费用低，但所需修复周期较长，受污染类型限制较大。因此，亟需开发一种固定效果好、持效性强、对土壤理化性质影响较小的修复剂。

据报道，铁和砷存在着强亲和力，能强吸附砷或与砷生成难溶沉淀。因此，铁盐(铁基化合物)最常被用于砷污染土壤的治理。铁固定土壤中砷的机理主要有以下3种：(1)含铁材料加入土壤后，生成铁氧化物或氢氧化物，吸附土壤中的砷，随之其表面的OH^-、OH₂等基团被砷取代，生成非晶态的砷酸铁沉淀或难溶的次级氧化态矿物；(2)土壤砷直接与游离铁离子反应生成难溶性铁砷化合物；(3)含铁材料的加入影响了土壤pH，从而影响砷的形态和土壤胶体的表面电荷，有利于砷的稳定化。

将铁盐(铁基化合物)用于去除水中砷的研究较多，用于治理土壤砷污染的报道较少。纳米铁氧化物因具有丰富的羟基、巨大的表面积，与砷之间存在很强的络合能力，对砷具有较高的吸附容量，且对土壤pH影响不大，故常被用作除砷材料。分散在土壤中的纳米铁氧化物可快速与砷污染物碰撞、吸附或共沉淀，但是，此优点也正是超 细粉体材料的缺点。纳米级铁氧化物粉体在大规模使用中一经分散，容易随水流走，会导致物料损失，增加成本，而且会因大量外源铁的加入扰动土壤生态系统，影响土壤的结构性质。组装是解决超细粉体材料实际应用的一项可行技术，通过一定形式将纳米基元组合成宏观尺寸体系，以求在宏观世界展示纳米尺度的性质。丝状真菌是一种良好的组装体，从形貌结构上分析，丝状真菌具有很高的横纵比，菌丝间高度相互交错；从组成上分析，丝状真菌表面含有胞外聚合物，其主要成分为多糖和蛋白质，具有一定的生物粘性。正是这些特性，使其能够成为纳米粉体材料的负载体，以期开发出清洁高效的土壤修复固定剂。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种基于微生物组装合成的砷污染土壤修复固定剂及其制备和应用方法，该固定剂固定修复效果好，制备和应用方法简单，不破坏土壤理化性质，无二次污染，修复后的土壤可直接用于种植。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：