[发明专利]一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料，制备方法如下：S1、将茶叶渣晾干、破碎，升温至500～600℃，保温2～3h，停止加热，研磨过筛备用；S2、将S1所得生物炭加至海藻酸钠水溶液中，搅拌3～4h，然后缓慢滴入CaCl₂水溶液中，滴加过程中继续搅拌6～8h，过滤后水洗，真空干燥备用；S3、将S2所得产物加至纤维二糖脂水溶液中，静置3～4h，超声30～60min，过滤，真空干燥即得，本发明生物炭材料对土壤中的有效砷能够维持高效而持久的吸附及固定作用，并且成分材料天然，对土壤中的营养及微量元素不会产生影响，进而不会影响种植作物的生长，并能有效降低种植作物中砷的含量。

技术领域

本发明属于水土污染处理技术领域，具体涉及一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法。

背景技术

土壤是农业生产的基本资料，是农作物赖以生长发育的重要环境条件，世界上97％的粮食生产依赖于土壤，农业要持续健康发展，获得稳定增长的生产力，首先必须保证土壤的肥力和安全性，但近年来，由于自然风化、地球化学反应和生物作业等自然活动和人类活动，越来越多的被检测出土壤中含有重金属砷，冲击了我国原本就较少的农田数量，在砷含量累积乃至超标的农田中种植作物，不仅可导致作物的产量下降，还可导致相应农产品砷含量升高乃至超标。砷化物毒性大，对人体健康或动物将产生严重的影响，0.1g三氧化二砷就能使人死亡，长期食用含砷的食物会使人体器官癌变，砷污染土壤问题不可忽视。

生物炭是一种由生物残体在高温(≤700℃)少氧或绝氧热解条件下生成的含碳固态物质，其具有致密的微孔结构，巨大的比表面积，丰富的表面含氧官能团和吸附位点，已经证实，生物炭作为一种新型环境材料，可用于重金属污染的处理。但是，目前生物炭的治理多针对水体污染，而土壤污染与水体污染有明显的差异，一方面土壤中环境复杂，含有多种有机质和微生物，这些均会影响生物炭的吸附效能；另一方面，土壤具有较大的缓冲性，被生物炭吸附后的重金属离子会缓慢的从土壤胶体或土壤矿物中释放出来，生物炭对砷的固定作用并不持久。因此，目前单独使用生物炭处理土壤砷污染的例子不多，效果有限，通常需要复配其他材料才能达到较好的效果。为了增强生物炭对砷的吸附作用，现有技术将生物炭与铁盐复配制成铁基生物炭，利用铁对砷的强亲和力，加强对土壤中砷的有效固定，但由于种植性土壤本身需要定期施肥，肥料中含有土壤所需铁元素，铁基生物炭的施用必然导致土壤中铁元素增加，土壤中铁的含量太高会影响植物对钙等其它营养元素的吸收，植物表现生长不良，因此会限制此类生物炭的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法，所述生物炭材料对土壤中的有效砷能够维持高效而持久的吸附及固定作用，并且成分材料天然，对土壤中的营养及微量元素不会产生影响，进而不会影响种植作物的生长，并能有效降低种植作物中砷的含量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种制备高效降低土壤砷污染的生物炭材料的方法，包括如下步骤：

S1、将茶叶渣晾干、破碎，升温至500～600℃，保温2～3h，停止加热，研磨过筛备用；

S2、将S1所得生物炭加至海藻酸钠水溶液中，搅拌3～4h，然后缓慢滴入CaCl₂水溶液中，滴加过程中继续搅拌6～8h，过滤后用水反复冲洗，50～60℃真空干燥后备用；

S3、将S2所得产物加至纤维二糖脂水溶液中，静置3～4h，然后超声30～60min，过滤，50～60℃真空干燥即得。

作为本发明优选的实施方案，所述S1中茶叶渣是在550～580℃保温2.5～3h。

作为本发明优选的实施方案，所述S1中加热后的茶叶渣研磨至粒径为0.2～0.3mm。