[发明专利]一种重金属污染酸性土壤修复-改良材料的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种重金属污染酸性土壤修复‑改良材料的制备及其应用，属于环境科学与工程技术领域。本发明将碳酸钙和水热处理后的农林废弃物混合，高温、无氧炭化，形成钙盐‑多孔生物质炭复合物，施加到土壤中，同时起到高效提高土壤pH和钝化生物有效态重金属的功能。本发明将复合物加入土壤中后，该复合物可缓释钙盐，持续性提高土壤pH，提供钙元素；多孔生物质炭拥有发达的孔隙结构，通过孔隙填充等作用钝化土壤中生物有效态重金属；多孔生物质炭提高有机质含量改良酸性土壤，并避免钙盐致使的土壤板结、元素平衡失调等潜在负作用；多孔生物质炭较传统的生物质炭更稳定，可长时间钝化土壤重金属并改良酸性土壤。

技术领域

本发明涉及环境科学与工程技术领域，更具体地说，涉及一种重金属污染酸性土壤修复-改良材料的制备及其应用。

背景技术

酸性土壤是指耕作层土壤pH6.6的土壤，多分布在高温多雨、湿热同季的热带和亚热带地区，其形成原因主要是土壤有机质的快速矿化和钾、钙等盐基离子的高强度淋溶。此外，随着全球工业化进程的加速推进，大量的酸性气体(二氧化硫和氮氧化合物等)被持续性的排放到大气中，沉降到土壤中加速了土壤酸化过程。据统计，酸性土壤约占世界可耕土壤的50％，在我国，红壤是典型的酸性土壤，主要分布在江西省和湖南省，覆盖农田面积约5690万hm²。酸性土壤具有pH低和有机质含量低的缺点，严重影响农业生产，因此亟待进行改良，保障农作物高产、稳产。采用石灰改良酸性土壤已成为常规手段，可快速提高酸性土壤pH，但是，陆续有报道指出，长期或大量使用石灰会引起酸性土壤板结、降低微生物活性并致使酸性土壤元素平衡失调。近些年，生物质炭改良酸性土壤得到广泛关注，可以提高酸性土壤肥力、改良酸性土壤物理结构、减少酸性土壤养分淋溶、增强酸性土壤微生物活性、促进酸性土壤养分循环，但是，生物质炭提升酸性土壤pH的效果较弱。

在我国东南部酸性土壤区域，分布大量的矿产资源，矿山的开发致使大量的重金属流出，严重污染酸性农田土壤。此外，酸性土壤由于pH低和有机质含量低，重金属的有效态浓度较高，迁移能力强，严重威胁农作物安全生产。因此，酸性土壤中重金属的污染修复势在必行，十分紧迫。

经检索，现有技术已公开了相关的申请案，如中国专利申请号为201510602213.6，授权公告日为2018年12月25日的申请案公开了一种修复重金属污染酸性土壤的钙铁硅基复合材料及其应用，该复合材料构成元素的质量比为：钙：铁：硅：锰：镁：磷：铝＝30～40：19～25：8～12：1～3：5～6：1～3：2～5；具体由以下体积百分比的组分组成：55～70％硅酸钙、20～30％铁酸钙和5～15％复合混合物，所述复合混合物为钙铁铝氧化物、硅酸钙铁、铝酸钙、钙铝氧化物、钙锰铁氧化物、羟基磷酸铝和羟基磷酸锰的混合物。该复合材料用于改良修复重金属污染酸性土壤，可使土壤pH提高0.5～2.5个单位，土壤中有效态重金属含量降低64～98％。然而，该申请案的方法仅仅采用几种物质调配，仅能够一次性的对受污染土壤进行改善，无法起到长期使用缓释的效果，而且上述材料不含有有机质，不利于长期施用。

中国专利申请号为201410466726.4，授权公告日期为2016.08.24的申请案公开了一种改性生物质炭及重金属污染土壤的修复方法。该申请案改性生物质炭由以下步骤制成：(1)将生物质炭过筛后，用水洗以除去其表面浮尘和杂质，至洗涤液pH6.5～7.5；(2)将所得生物质炭与磷酸溶液以质量比1：1.5～2.5混合均匀，然后，常温下浸泡24h以上，所述磷酸溶液的质量百分比浓度为10～40％；(3)对浸泡液进行固液分离，然后，干燥所得固料，即得改性生物质炭。该申请案的方法采用常温进行磷酸改性活性炭使其活化，以更容易吸附固定土壤中的重金属元素(如Pb、Cd)，但制备过程环境不友好、复杂、成本高，且比表面积有待进一步优化。此外，该材料降低土壤pH，无法对重金属污染的酸性土壤进行改良。

因此，基于我国酸性土壤重金属污染的现状和现有技术的缺陷，有必要研发一种简单、低成本、高效的修复-改良材料，同时实现重金属的修复和酸性土壤的改良，且能够长久的起到缓释性的作用，助力我国酸性土壤区域农作物安全高产、稳产。