專利名稱：生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及土壤改良技術和環境保護技術，具體為生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法。
背景技術：
蔬菜重金屬污染主要與土壤環境、灌溉水質、人為管理措施等密切相關。我國許多地區都陸續建立了大面積無公害蔬菜生產示范基地，人們對于蔬菜降低農藥殘留問題十分重視.對于降低蔬菜重金屬含量尚缺乏十分有效的技術措施。菜地土壤重金屬超標問題已逐漸成為威脅中國蔬菜發展且亟需解決的突出環境問題，農藥、化肥、塑料薄膜等農用化學品以及有機肥料的使用，均可能是土壤中重金屬的重要輸入源。我國有機肥中各種重金屬
均出現了不同程度的超標，施用雞糞等有機肥的農業土壤中，CiuZn含量明顯高于施用化肥的土壤。我國不同地區菜田土壤重金屬含量均遠高于普通糧田，設施菜田、城市郊區菜田、工礦區菜田重金屬污染現象相對嚴重。葉菜類比果菜和根菜類富集重金屬的能力強，相對較容易受到重金屬污染。重金屬污染土壤的治理是一個世界性難題，對重金屬土壤污染治理雖有化學、生物、工程等技術措施的報道，但這些措施大多因方法繁瑣、造價昂貴而難于在一般生產中應用，且每種方法都有各自的優缺點。翻耕、客土與換土是常用的有效方法，其中以換土效果最好。但采用換土被挖掘的受污染土壤很可能導致二次污染。由于這類物理措施通常僅用于污染較重的土壤，由于需要大量的人力物力，在實際推廣中有較大難度。植物修復方法是目前學術界研究較多的方法，因其費用低廉、不會破壞甚至會改善土壤理化性質以及其有較高的美學價值等優點而倍受青睞，但由于超量積累重金屬植物往往選擇性強、生物量低、生長緩慢、修復時間較長等缺陷，并受到重金屬復合污染的制約，加上設施菜田連續使用的特點，這就決定了該類植物修復方法實際應用中的局限性。在受重金屬污染的土壤中，如果土壤PH值較低，屬于酸性土壤，施用石灰性物質，如氫氧化鈣、碳酸鈣、硅酸鈣等來提高土壤PH，可有效地降低重金屬的活性，是一種較好的技術方法，但對于接近中性的土壤，此類方法沒有明顯效果。近年來，我國開展了相關對土壤重金屬的鈍化的技術研究和應用，如中國發明專利公開號CN101805617A發明了一種以麥飯石粉、娃藻土粉、沸石粉、褐煤和粉煤灰為主要原料的設施菜田土壤重金屬鈍化劑；CN101322974發明了一種以生石灰、去重金屬有機肥和膨脹珍珠巖為主要原料的蔬菜地土壤重金屬鈍化劑，對鈍化菜地土壤中輕度污染的重金屬有一定效果；CN101045599A發明了一種利用石灰改性的粉煤灰吸附劑，鈍化處理脫水城市污泥中含量高的鋅和銅的方法，對污泥中重金屬銅的鈍化率高達85%以上、鋅的鈍化率高達70%以上；CN101274861A發明了一種利用木質素類腐殖質鈍化重金屬的堆肥方法；CN101036917A發明了一種以剩余活性污泥為原料的重金屬污染土壤修復劑及其提取方法和其修復重金屬污染土壤的方法，其方法可用于受重金屬重度污染的土壤，對于重金屬輕度積累的土壤不太合適。
生物炭對于土壤重金屬具有較好的鈍化作用，如CN102553905A公布了應用生物炭與有機肥復配原位修復菜地土壤鎘污染的方法；CN101618394公布了一種利用生物炭修復多環芳烴污染土壤的方法；CN102583618A公布了一種生物質炭吸附生物質廢水中的有機物的工藝方法；CN101380639公布了一種生物碳質截留固定土壤持久性有機污染物的方法。生物炭具有多孔性，較大的比表面積，較強的表面吸附能力，高度的化學惰性，其表面高度芳香化結構和部分羥基、酚羥基、羰基等官能團，對有機和無機污染物具有高度的親和力，可作為土壤中污染物的鈍化劑。麥飯石、硅藻土等非金屬礦物均具有較強的吸附、離子交換等特性，這些礦物及其改性產物與生態環境具有良好的協調性，可直接用于防治污染和環境修復，因此一般稱作環境礦物材料，目前已廣泛應用于無機和有機污水的處理，但應用于土壤改良和土壤重金屬污染防控方面的技術還有待于進一步開發。
研究表明，設施菜田土壤各重金屬全量和有效態含量普遍高于露地菜田土壤，遠高于大田土壤，因此設施蔬菜的重金屬含量比露地高。由于我國設施菜田面積日益擴大，解決設施土壤重金屬污染的技術需求十分迫切，開發設施菜田重金屬污染防控技術和環境友好型產品，對于實現我國設施菜田的高產、穩產和菜田的可持續利用，保障農產品安全生產，具有重要的實踐意義和廣闊的應用前景。本發明是在CN101805617A應用的基礎上，以生物炭為基質，調整配方后形成的一個新的配方，并具有更好的鈍化土壤重金屬的效果。
發明內容
本發明的目的在于提供一種生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法，它是一種工藝簡單、原料充足、成本低廉、應用效果明顯的利用生物炭、麥飯石、硅藻土、褐煤、粉煤灰為主要原料制作設施菜田土壤重金屬鈍化劑的方法，用于鈍化設施菜田土壤重金屬，降低土壤中作物可利用態重金屬含量，解決設施菜田因土壤重金屬污染而影響其可持續利用的問題。為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下一種生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑，按重量百分比計，土壤重金屬鈍化劑為生物炭50 60%、麥飯石粉5 10%、硅藻土粉5 10%、褐煤10 20%和粉煤灰
10 20%O所述生物炭為農作物生產的廢棄物在炭化爐中經300 - 500°C炭化后得到的固體產物，用粉碎機粉碎或球磨機磨碎，過20目篩。所述農作物生產的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產所產生的廢棄物中的一種或幾種。所述麥飯石粉為過80目篩的麥飯石粉；所述硅藻土粉為過80目篩的硅藻土粉；所述褐煤為含腐植酸30 50wt%的天然褐煤；所述粉煤灰為熱電廠生產過程產生的粉煤灰，過80目篩。生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，按重量百分比計，先將麥飯石粉、硅藻土粉、與褐煤及粉煤灰混合，攪拌均勻，再與生物炭混合，充分攪拌，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。所述生物炭為農作物生產的廢棄物在炭化爐中經300 - 500°C炭化后得到的固體產物，用粉碎機粉碎或球磨機磨碎，過20目篩。所述農作物生產的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產所產生的廢棄物中的一種或幾種。所述麥飯石粉為過80目篩的麥飯石粉，其主要化學成分按重量百分比計二氧化硅63 67%、二氧化鈦O. 5 I. 0%、三氧化二鋁14 16%、氧化鐵4 6%、氧化鎂I 2%、氧化I丐3 4%、氧化鈉3 5%、氧化鉀3 5%,其余為雜質。所述硅藻土粉為過80目篩的硅藻土粉，其主要化學成分按重量百分比計二氧化硅91 94%、三氧化二鋁2 3%、三氧化二鐵O. 4 O. 6%、氧化鎂O. I O. 3%、氧化鈣O. 2 O. 4%，余量為雜質。
所述褐煤為天然褐煤，含腐植酸30 50wt%。所述粉煤灰為熱電廠生產過程產生的粉煤灰，過80目篩。本發明利用利用各種配方成分的特定功效，通過各成分的協同作用，達到鈍化設施菜田土壤重金屬，降低土壤中作物可利用態重金屬含量的效果。本發明具有如下優點I.本發明工藝簡單，無污染，原料充足，容易實施，所用主要原料價格低廉，不僅適合工廠化生產，也適合個體業戶生產。2.本發明中原料配伍合理，每種原料均有特有的功效(I)生物炭生物質在無氧或微氧條件下低溫熱轉化后的固體副產物，具有多孔性，較大的比表面積，較強的表面吸附能力，高度的化學惰性，其表面高度芳香化結構和部分羥基、酚羥基、羰基等官能團，對有機和無機污染物具有高度的親和力，因此，生物炭是一種較好的土壤中重金屬的鈍化劑。(2)麥飯石是一種優質環保性天然礦物材料，是一種風化或半風化的淺成或超淺成中酸性巖，其中含有高嶺石、埃洛石等粘土礦物，是多孔性海綿狀特殊結構，表面積大，具有強烈的靜電引力，因此對鉛、鎘、砷等重金屬具有強吸附作用，過80目篩的麥飯石對重金屬的吸附能力更強；(3)硅藻土一般是由統稱為硅藻的單細胞藻類死亡以后的硅酸鹽遺骸形成的，主要化學成份為含水的非晶體二氧化硅，伴有少量蒙脫石、高嶺石等粘土礦物(鐵、鈣、鎂、鋁氧化物)和有機質。其化學性能穩定，孔溶大、孔徑大、比表面積大，對重金屬有較強的吸附性強；(4)褐煤含有較高的腐植酸，腐植酸分子中含有多種功能基。其中主要是含氧的酸性功能基和一些中性功能基和堿性功能基，其中羧基是最重要的功能基，具有較強的離子交換、對金屬離子的絡合作用、氧化-還原性等；通過腐植酸的配合作用和吸附作用，土壤溶液中可溶態的六價鉻、鋅、鎘含量降低，可有效對土壤中重金屬進行固化；(5)粉煤灰是火力發電廠的固體廢棄物，它含有豐富的氧化鈣和氧化鎂，它和石灰一樣能起到鈍化污泥中的重金屬的作用；加入粉煤灰，可使土壤中鋅、銅、鉛、鎘的交換態、有機結合態含量下降，而鐵錳氧化物結合態和殘渣態含量增加，從而對重金屬具有較好的鈍化作用效果。3.本發明有效利用農作物秸桿制作的生物炭，并使粉煤灰這種工業廢棄物得到無害化處理和資源化利用，是一項具有實際應用價值的循環經濟實用技術。4.本發明為一種環境友好型防控設施菜田重金屬污染的制品，可單獨施入設施菜田，也可與底肥混拌后施用，使用時省工省力。
具體實施方式
本發明中，生物炭為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼、玉米芯等農作物生產的廢棄物中的至少一種在炭化爐中經300 - 500°C炭化后得到的固體產物，用粉碎機粉碎或球磨機磨碎，過20目篩。可選用市售產品，如遼寧金和福發展有限公司生產的生物炭產品，亦可按農作物秸桿制作生物炭的方法自行生產。本發明中，麥飯石為市售產品，主要礦物成分為斜長石、鉀長石，其次為石英、普通角閃石、黑云母等。麥飯石過80目篩，按重量百分比計，產品主要化學成分應達到以下標準二氧化硅63 67%、二氧化鈦O. 5 I. 0%、三氧化二鋁14 16%、氧化鐵4 6%、氧化鎂I 2%、氧化I丐3 4%、氧化鈉3 5%、氧化鉀3 5%,余量為雜質。本發明選用選用遼寧省阜新市生產的麥飯石。本發明中，硅藻土為市售產品，過80目篩。按重量百分比計，產品主要化學成分應達到以下標準二氧化硅91 94%、三氧化二鋁2 3%、三氧化二鐵O. 4 O. 6%、氧化鎂O. I O. 3%、氧化鈣O. 2 O. 4%，余量為雜質；pH為7 9，比表面積為每克60 70平方米。本發明選用吉林長白硅藻土有限責任公司生產的過80目篩的硅藻土粉。本發明中，褐煤選用內蒙古自治區霍林郭勒煤礦生產的產品，是一種天然有機物 質，含有30 50被％腐植酸。按重量百分比計，褐煤的主要化學成分應達到以下標準含碳70 80%、氫5 6%、氮和氧15 25%，余量為雜質。本發明中，粉煤灰采用熱電廠粉煤灰，過80目篩。按重量百分比計，粉煤灰的主要化學成分應達到以下標準二氧化硅40 60%、三氧化二鋁25 35%、三氧化二鐵5 15%、氧化I丐3 10%,氧化鎂I 2%、氧化鉀I 2%,氧化鈉I 2%、余量為雜質。實施例I將過80目篩的麥飯石粉10千克、過80目篩的娃藻土粉10千克、與10千克褐煤、過80目篩的粉煤灰15千克混合，攪拌均勻，再與過20目篩的生物炭55千克混合，充分攪拌，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。實施例2 10與實施例I不同之處在于原料配比有所差別(見表1)，制備方法同實施例I。表I
權利要求
1.一種生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑，其特征在于，按重量百分比計，土壤重金屬鈍化劑為 生物炭50 60%、麥飯石粉5 10%、硅藻土粉5 10%、褐煤10 20%和粉煤灰10 20%。
2.根據權利要求I所述的生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑，其特征在于所述生物炭為農作物生產的廢棄物在炭化爐中經300 - 500°C炭化后得到的固體產物，用粉碎機粉碎或球磨機磨碎，過20目篩。
3.據權利要求2所述的生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑，其特征在于所述農作物生產的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產所產生的廢棄物中的一種或幾種。
4.根據權利要求I所述的生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑，其特征在于所述麥飯石粉為過80目篩的麥飯石粉；所述硅藻土粉為過80目篩的硅藻土粉；所述褐煤為含腐植酸30 50wt%的天然褐煤；所述粉煤灰為熱電廠生產過程產生的粉煤灰，過80目篩。
5.一種權利要求I所述的生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于按重量百分比計，先將麥飯石粉、硅藻土粉、與褐煤及粉煤灰混合，攪拌均勻，再與生物炭混合，充分攪拌，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。
6.根據權利要求5所述的生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述生物炭為農作物生產的廢棄物在炭化爐中經300 - 500°C炭化后得到的固體產物，用粉碎機粉碎或球磨機磨碎，過20目篩。
7.據權利要求6所述的生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述農作物生產的廢棄物為玉米、大豆、高粱秸桿、稻草、稻殼或玉米芯生產所產生的廢棄物中的一種或幾種。
8.根據權利要求6所述的生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑的制備方法，其特征在于所述麥飯石粉為過80目篩的麥飯石粉；所述硅藻土粉為過80目篩的硅藻土粉；所述褐煤為含腐植酸30 50wt%的天然褐煤；所述粉煤灰為熱電廠生產過程產生的粉煤灰，過80目篩。
全文摘要
本發明涉及土壤改良技術和環境保護技術，具體為生物炭混配型設施菜田土壤重金屬鈍化劑及其制備方法。按重量百分比計，土壤重金屬鈍化劑為生物炭50～60%、麥飯石粉5～10%、硅藻土粉5～10%、褐煤10～20%和粉煤灰10～20%。土壤重金屬鈍化劑的制備方法先將過80目篩的麥飯石粉、過80目篩的硅藻土粉、與褐煤及過80目篩的粉煤灰混合，攪拌均勻，再與過20目篩的生物炭混合，充分攪拌，混合均勻后，制成土壤重金屬鈍化劑。本發明制備方法簡單，通過各成分的協同作用，達到鈍化設施菜田土壤重金屬，降低土壤中作物可利用態重金屬含量的效果。
文檔編號C09K101/00GK102807872SQ201210299639
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月21日 優先權日2012年8月21日
發明者張玉革, 姜勇, 陳利軍, 徐柱文, 王汝振 申請人:中國科學院沈陽應用生態研究所