新型原位鈍化改良劑及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種新型的重金屬污染農田土壤原位鈍化改良劑，其包括納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥。該原位鈍化改良劑采用來源簡單、價值低廉的納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥四種按比例混合的材料與土壤環境中的重金屬發生化學反應(沉淀、吸附、絡合、氧化-還原等)，形成穩定的化合物，降低土壤中重金屬的生物有效性，從而降低植物根系對重金屬的吸收和積累，達到治理農田土壤重金屬污染的目的。
【專利說明】新型原位鈍化改良劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及土壤重金屬處理【技術領域】，尤其涉及一種針對重金屬污染農田土壤的 新型原位鈍化改良劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，伴隨著礦產資源的大量開發利用，工業生產的迅猛發展和各種化學產品、 農藥及化肥的廣泛使用，我國面臨的土壤環境安全問題日益突出。重金屬難降解、易積累、 毒性大，對作物的生長、產量和品質都有影響，尤其是它還能被作物吸收，通過食物鏈進入 人體，從對人體健康造成嚴重的威脅。目前，受鉛、砷、鉻、鎘等重金屬污染的耕地面積近 2000萬公頃，約占耕地總面積的20%。我國每年因重金屬污染而減產的糧食多達1000萬 噸，被重金屬污染的糧食每年多達1200萬噸，合計經濟損失至少200億元。因此要選擇適 當的修復技術對農業重金屬污染土壤進行修復。
[0003] 目前常用的重金屬修復技術主要有：客土法、土壤淋洗技術、土壤鈍化技術、電動 修復技術、生物修復技術等。客土法應用范圍廣泛，但技術投資大，且可能造成二次污染； 土壤淋洗技術修復效率高，但土壤養分易流失，易造成地下水污染；電動修復技術處理效率 高，但只適用于低滲透性的土壤；植物修復技術環境擾動小，但修復周期長，且受環境條件 的影響大。使用的修復技術不當可能會導致土壤失去肥力，影響農作物的生長，因此發展原 位鈍化修復技術是目前修復重金屬污染農田土壤的較好選擇。
[0004] 鈍化修復技術是一種經濟高效的面源污染治理技術，對中輕度的污染尤其適用， 該技術也符合我國可持續農業的發展需要。
[0005] 發展農業重金屬污染土壤鈍化技術的關鍵是研制出一種對重金屬復合污染適用 且具有商業利用價值的復合鈍化劑。本研究中所選用的鈍化劑原材料是粉煤灰、鐵粉、沸石 和鈣鎂磷肥。
[0006] 粉煤灰是我國當前排放量較大的工業廢渣之一，是電力工業產生的主要固體廢 物，1995年粉煤灰排放量達1. 25億噸，2000年約為1. 5億噸，到2010年將達到3億噸，給我 國的國民經濟建設及生態環境造成巨大的壓力。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織，比表面 積較大，具有較高的吸附活性，顆粒的粒徑范圍為〇. 5?300 μ m，并且珠壁具有多孔結構， 孔隙率高達50%?80%，有很強的吸水性。利用粉煤灰比表面積大、修復活性高的特點，可 以提高鈍化劑修復效果，并且粉煤灰的綜合利用也符合"十二五"規劃中"加強對大宗固廢 的綜合利用"要求。
[0007] 鐵粉是工業中一種最重要的金屬粉末，在粉末冶金生產中用量最大。納米鐵對重 金屬污染物具有很強的吸附能力，加入土壤后能通過自身的吸附能力，來提高土壤對重金 屬的吸附容量。例如鐵能和砷、錳作用形成穩定的雙齒結構的復合物，從而降低重金屬的生 物有效性。并且鐵粉具有還原性，可以促進土壤中的五價鉻還原成毒性較小的三價鉻，使鉻 污染物在環境中相對穩定。
[0008] 沸石是一類天然的硅鋁酸鹽礦石，天然沸石具有孔道結構，可以通過其硅氧四面 體和鋁氧八面體結構對重金屬離子產生較強的離子交換和吸附能力，對鉛、汞、鎘和鉻等有 害元素具有很強的吸附能力，因而在重金屬鈍化修復中得到廣泛應用。
[0009] 鈣鎂磷肥是一種含有磷酸根（P04,的硅鋁酸鹽玻璃體，無明確的分子式與分子 量，它是磷礦石與含鎂、硅的礦石，在高爐或電爐中經過高溫熔融、水淬、干燥和磨細而成。 磷酸鹽可以通過共沉淀作用在土壤礦物及植物根表面形成穩定的磷氯礦物，從而對土壤中 鉛等重金屬產生較強的鈍化作用。鈣鎂磷肥能夠提供12%?18%的低濃度磷，增加土壤肥 力，還能提供大量的硅、鈣、鎂等礦物質，供給農作物生長，具有一物多用的效果。
【發明內容】
[0010] 本發明所要解決的技術問題是提供一種針對重金屬污染農田土壤的新型原位鈍 化改良劑及其制備方法，其采用來源簡單、價值低廉的納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥 四種按比例混合的材料與土壤環境中的重金屬發生化學反應（沉淀、吸附、絡合、氧化-還 原等），形成穩定的化合物，降低土壤中重金屬的生物有效性，從而降低植物根系對重金屬 的吸收和積累，達到治理農田土壤重金屬污染的目的。
[0011] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種新型的重金屬污染農田土壤原位鈍化改 良劑，其包括納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥。
[0012] 其中，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10?25 :15? 40 :25 ?50 :1 ?10。
[0013] 其中，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10?20 :15? 40 :30 ?40 :1 ?10。
[0014] 其中，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=20?25 :30? 40 :25 ?50 :5 ?10。
[0015] 其中，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=20 :30 :40 : 10。
[0016] 其中，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10 :40 :40 : 10。
[0017] 其中，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=25 :35 :30 : 10。
[0018] 其中，所述納米鐵粉的粒徑為50?200nm。
[0019] 本發明還提供了上述原位鈍化改良劑的制備方法，其將上述組分按照上述的重量 比攪拌混合均勻，即獲得所述原位鈍化改良劑。
[0020] 本發明還提供了上述原位鈍化改良劑的使用方法，具體為：
[0021] 在重金屬污染土壤的表面施加0. 5?1cm厚度的上述原位鈍化改良劑，將受污染 土壤表層20cm厚的土壤與施加的修復藥劑通過翻耕的方式混合均勻即可。
[0022] 本發明的有益效果：
[0023] 本發明適用于大面積表層重金屬污染農田土壤的修復，每畝重金屬污染土壤需要 修復藥劑1?5m 3,藥劑成本僅為3000?5000元，比傳統的方法成本更低，如每畝土地的修 復成本比植物修復法（8?10萬元）少很多；修復時間只需要7?30天，而植物修復法所 需時間為3?5年。
[0024] 本發明提供的原位鈍化劑采用來源簡單、價值低廉的納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣 鎂磷肥四種按比例混合的材料與土壤環境中的重金屬發生化學反應，形成穩定的化合物， 降低土壤中重金屬的生物有效性，從而降低植物根系對重金屬的吸收和積累，達到治理農 田土壤重金屬污染的目的。
【具體實施方式】
[0025] 本發明提供了一種新型的重金屬污染農田土壤原位鈍化改良劑，其包括納米鐵 粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥。
[0026] 進一步,所述原位鈍化改良劑僅由上述組分構成。
[0027] 所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10?25 :15?40 : 25 ?50 :1 ?10。
[0028] 進一步優選，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10? 20 :15 ?40 :30 ?40 :1 ?10。
[0029] 更進一步優選，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥= 20 ?25 :30 ?40 :25 ?50 :5 ?10。
[0030] 最優選，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=20 :30 :40 : 10。
[0031] 或最優選，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10 :40 : 40 :10。
[0032] 或最優選，所述各組分的重量比為納米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=25 :35 : 30 :10。
[0033] 所述納米鐵粉的粒徑為50?200nm。
[0034] 在本發明中，納米鐵粉對土壤中的重金屬起到還原劑的作用，降低重金屬在土壤 的生物有效性，鈣鎂磷肥和沸石起到降低重金屬生物活性的助劑作用，粉煤灰起到分散劑 的作用，通過四種物質的協同工作，發揮各自的功效，調節和改變重金屬在土壤中的理化性 質，使其產生吸附、絡合、沉淀、離子交換和氧化還原等一系列反應，從而降低重金屬在土壤 環境中的生物有效性和可遷移性，進而減少重金屬元素對動植物的毒性，實現對污染農田 土壤中重金屬的有效鈍化。
[0035] 本發明還提供了上述原位鈍化改良劑的制備方法，其將上述組分按照上述的重量 比攪拌混合均勻，即獲得所述原位鈍化改良劑。
[0036] 本發明還提供了上述原位鈍化改良劑的使用方法，具體為：
[0037] 在重金屬污染土壤的表面施加 0. 5?1cm厚度的上述原位鈍化改良劑，將受污染 土壤表層20cm厚的土壤與施加的修復藥劑通過翻耕的方式混合均勻即可。
[0038] 以下采用實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段 來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。
[0039] 實施例1原位鈍化劑1的制備
[0040] 將80nm粒徑的納米鐵粉、粉煤灰、沸石、鈣鎂磷肥按照15 :35 :40 :10的重量比例 均勻混合，得到原位鈍化劑1。
[0041] 效果證明
[0042] 在重金屬污染土壤的表面施加 1cm厚度的實施例1制備的原位鈍化劑，再于重金 屬污染土壤修復藥劑表層覆蓋20cm厚的混合均勻的無污染土壤。
[0043] 修復：經15天，重金屬污染土壤中的重金屬鎘、鉛、砷、鉻還原成低價固定化的重 金屬，失去其生物有效性，實現了重金屬污染土壤的原位修復，種植的大白菜滿足國家《食 品中污染物限量》GB2762-2005的要求。
[0044] 結果見表1。
[0045] 表 1
[0046]
【權利要求】
1. 一種新型的重金屬污染農田土壤原位鈍化改良劑，其特征在于：包括納米鐵粉、粉 煤灰、沸石和鈣鎂磷肥。
2. 如權利要求1所述的原位鈍化改良劑，其特征在于：所述各組分的重量比為納米鐵 粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10?25 :15?40 :25?50 :1?10。
3. 如權利要求1或2所述的原位鈍化改良劑，其特征在于：所述各組分的重量比為納 米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10?20 :15?40 :30?40 :1?10。
4. 如權利要求1至3所述的原位鈍化改良劑，其特征在于：所述各組分的重量比為納 米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=20?25 :30?40 :25?50 :5?10。
5. 如權利要求1至4所述的原位鈍化改良劑，其特征在于：所述各組分的重量比為納 米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=20 :30 :40 :10。
6. 如權利要求1至5所述的原位鈍化改良劑，其特征在于：所述各組分的重量比為納 米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=10 :40 :40 :10。
7. 如權利要求1至6所述的原位鈍化改良劑，其特征在于：所述各組分的重量比為納 米鐵粉、粉煤灰、沸石和鈣鎂磷肥=25 :35 :30 :10。
8. 如權利要求1至7所述的原位鈍化改良劑，其特征在于：所述納米鐵粉的粒徑為 50 ?200nm。
9. 權利要求1至8所述原位鈍化改良劑的制備方法，其特征在于：將上述組分按照上 述的重量比攪拌混合均勻，即獲得所述原位鈍化改良劑。
10. 權利要求1至8所述原位鈍化改良劑的使用方法，其特征在于： 在重金屬污染土壤的表面施加〇. 5?lcm厚度的上述原位鈍化改良劑，將受污染土壤 表層20cm厚的土壤與施加的修復藥劑通過翻耕的方式混合均勻即可。
【文檔編號】C09K17/08GK104194795SQ201410254828
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月10日 優先權日:2014年6月10日
【發明者】不公告發明人 申請人:青島華仁技術孵化器有限公司