一種堿性土壤鎘鈍化劑及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及土壤重金屬污染治理領域，特別是一種堿性土壤鎘鈍化劑及其應用。
[0002]
【背景技術】
土壤是人類賴以生存的自然環境和農業生產的重要資源，然而環境污染和生態破壞日益嚴峻，嚴重影響到人類的健康和生存，其中重金屬元素對環境的污染和破壞作用尤為嚴重，已成為目前人類面臨的面積最廣、危害最大的而且亟待解決的環境問題之一。
[0003]對于大面積重金屬污染的土壤，尤其是中、輕度污染的土壤，原位化學鈍化修復技術具有實施簡單，成本低廉以及治理速度快的優點。對于土壤鎘污染的原位固定鈍化修復技術，目前用的比較廣泛的鈍化劑有石灰、沸石、羥基磷灰石、硅肥、高爐碴、粉煤灰、粘土、Fe/Mn氧化物、磷酸鹽、硫化物、人工制備生物碳及有機堆肥或腐殖質等。這些鈍化劑一般都具有較大的比表面積和發達的微孔結構，能夠有效吸附、固定重金屬離子，其不同土壤類型和污染物種類各有不同的固定效果，或提高土壤PH，增加鎘離子的穩定性，降低其活度，從而減少土壤鎘向植物體內迀移。
[0004]針對鎘污染土壤的固定穩定化修復技術，已經有了大量的研究結果，但是幾乎沒有針對鎘污染的堿性土壤長期有效的固定方法。羅遠恒在野外鎘污染農田，以蒙脫土、鈣鎂磷肥、磷礦石、重鈣、石灰為鈍化修復材料，考察不同鈍化劑對農田土壤(pH=5.41)鎘污染的原位鈍化修復效果，發現堿性肥料鈣鎂磷肥配施石灰對農作物中鎘含量降低作用最顯著，可達到82.83% (“鈍化劑對農田土壤鎘污染的原位鈍化修復效應研究”，羅遠恒等，農業環境科學學報，2014)。孟令陽通過溫室盆栽試驗和土壤培養試驗，研究鎘污染土壤(pH=5.5)中加入草炭、活性炭和風化煤3種物料對土壤鎘賦存形態和生物有效性的影響，探討其作為重金屬鎘污染土壤修復劑的可行性，其研究結果表明:3種有機碳物料均降低了土壤pH值，鎘污染土壤加入不同惰性有機碳修復劑后，土壤中可提取態鎘含量變化不明顯，三種修復劑反而增加了作物體內鎘含量(“同惰性有機碳物料對土壤鎘賦存形態和生物有效性的影響”，孟令陽等，農業環境科學學報，2011)原位化學固定修復的核心是鈍化劑的選擇，針對土壤類型選擇合適的鈍化劑尤為重要，當前已有大量鈍化劑可以實現對酸性以及中性鎘污染土壤中有效重金屬的吸附鈍化，但是它們對于堿性條件下的土壤鎘污染不完全施用。在我國重金屬鎘污染的堿性農田也占由極高的比例，但是卻一直沒有一種長期有效的鈍化劑可以實現對鎘的鈍化固定，因此開發一種針對鎘污染堿性土壤的鈍化劑顯得極為迫切。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本發明提供一種堿性土壤鎘鈍化劑，該鈍化劑生物碳以作為原材料，經過改性后提高其對重金屬的專屬吸附能力，在土壤pH值10以下時，均可長期有效降低土壤中金屬鎘有效態含量，本發明是這樣實現的:
一種堿性土壤鎘鈍化劑，其是這樣獲得的:
A)將生物碳過100目篩后，置于硫化鈉與硫酸的混合溶液中浸泡3-5h ;所述混合溶液中，硫化鈉的終濃度為lmol/L，硫酸的質量分數為10% ; B)400?800W，超聲洗滌反應物30min，然后于600?1000W的微波化學反應器中反應lOmin ；
C)抽濾反應物，用去離子水將生物碳洗滌至中性，然后70°C烘干，即獲得所述堿性土壤鎘鈍化劑。
[0006]進一步，本發明步驟A)中，生物碳與混合溶液的質量比為1:2-4。
[0007]—種如本發明所述的堿性土壤鎘鈍化劑在原位修復堿性鎘污染土壤中的應用。
[0008]進一步，本發明所述應用的具體步驟如下:將堿性土壤鎘鈍化劑均勻撒施于堿性鎘污染土壤，然后將土壤旋耕20-25cm ;澆水灌溉至土壤水分含量不低于田間最大持水量的70%，保持10d，即完成對該堿性鎘污染土壤的原位固定修復。
[0009]進一步，本發明所述應用中，堿性土壤鎘鈍化劑的撒施量為為土壤干重的
0.5%-1.5%，(根據土壤容重計算，相當于800?2400kg/畝)。
[0010]本發明步驟A)中所述的生物碳，優選農作物秸桿、木肩、畜禽糞便等農業生產廢棄物為原料加工制得的，制備條件為厭氧環境300-500°C。
[0011]本發明所述堿性土壤，是指pH值為7-10的土壤。
[0012]相比于現有技術，本發明的有益效果為:
(1)本發明的堿性農田鎘污染原位固定鈍化劑，針對堿性土壤中的鎘污染進行原位固定穩定化修復，實現對堿性土壤中的有效態鎘的高效固定，當鈍化劑施加量在土壤質量
1.5%以上時，對有效態鎘固定可達到97%以上，比現有鈍化劑修復效率高50%以上，滿足鎘污染堿性土壤高效快速修復的需求。
[0013](2)本發明的鈍化劑是由化學性質極其穩定的生物碳改性制備而成，可以長期有效的在土壤中存在，克服了現有固定劑不能夠長久有效地鈍化土壤中重金屬的缺點，因此改性生物碳對土壤中的鎘具有長期穩定性的固定效果。
[0014](3)本發明的鈍化劑改性生物炭成本低廉、施用方法簡單，而且含有大量有機質及其它營養元素，為植物生長提供豐富的營養。
【附圖說明】
[0015]圖1不同鈍化劑對堿性土壤中有效態鎘固定效果；
圖2不同改性方式制備的生物碳對堿性土壤中有效態鎘固定效果；
圖3不同改性生物碳施加量對堿性土壤有效態鎘固定效果。
[0016]圖4不同反應時間改性生物碳對土壤中有效態鎘固定效果。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例對本發明進一步進行描述，但本發明并不限于下述實施例。
[0018]實施例中涉及材料、儀器來源:
生物碳購自江蘇省溧陽市德勝活性炭廠，由秸桿為原料于400°C的厭氧環境中制備； 鈣鎂磷肥購自湖南石門田園磷肥有限責任公司；
益土硅肥購自遼寧省鞍山市秦和農業科技有限公司；
生物有機肥購自福建綠洲生化有限公司；
堿性鎘污染土壤取自河南省濟源市某污染農田，土壤中鎘濃度3.9mg/kg，pH值為8.1，超過了我國土壤環境質量二級標準農田土壤中污染物鎘的最高容許含量0.6mg/kg ;
超聲波清洗機為KQ-800KDE型，購自昆山市超聲儀器有限公司；
微波化學反應器為MG08S型，購自南京匯研微波系統工程有限公司。
[0019]實施例1制備堿性土壤鎘鈍化劑
(1)取100g購買于江蘇省常州市某活性炭廠制備的秸桿生物碳，研磨破碎，過100目尼龍曬；
(2)將硫化鈉與硫酸混合配制成混合溶液，其中，硫化鈉的終濃度為lmol/L，硫酸的質量分數為1% ;將研磨后的生物炭按照質量比1:3浸泡于混和溶液中4h ；
(3)將步驟(2)獲得的混合體系置于超聲波清洗機，超聲反應30min，超聲波功率為600W ;然后將反應體系置于微波化學反應器中微波反應lOmin，微波功率800W ;
(4)將步驟(3)微波反應完成的混合體系，通過抽濾將生物碳與混合溶液分離，用去離子水將生物碳洗至中性，70°C烘箱烘干，得到堿性土壤鎘鈍化劑。
[0020]在實際操作過程中，鈍化劑與混合溶液的質量比在1:2-3的范圍內，超聲波清洗機功率在400-800W，微波化學反應器功率在600?1000W的范圍內，均可實現本發明之目的。
[0021]實施例2不同鈍化劑對土壤中有效態鎘固定對照試驗將實施例1獲得的堿性土壤鎘鈍化劑過十目尼龍篩備用。
[0022]將堿性土壤鎘鈍化劑按照1%的質量比與堿性鎘污染土壤混和均勻，并保持土壤水含量為土壤最大持水量的70%，保持10d，作為實驗組，編號(1);同時分別以鈣鎂磷肥、益土硅肥、石灰、生物有機肥、生物碳(即實施例1改性前的生物碳)作為對照組，依次編號
(2)- (6 )，并以未做任何處理的原土作為空白對照，編號(7 )。
[0023]在鈍化劑與土壤穩定10天后，米用Tessier分部提取法(Tessier A, CampbellP G C, Bisson M.Sequential extract1n procedure for the