铅镉复合污染土壤修复材料的制备与应用

本发明申请涉及污染土壤修复，具体涉及一种铅镉复合污染土壤修复材料的制备与应用。

背景技术：

1、土壤重金属污染不仅造成难以处理的环境问题，而且还会通过食物链在人体内积蓄，对人体造成严重的伤害。在众多重金属元素中，铅（pb）、镉（cd）经常伴随出现，易造成铅镉复合污染。从不同的土地利用类型来看，cd是耕地的首要污染物，是林地、草地以及未利用地的第二污染物，可见，土壤中重金属cd、pb的治理迫在眉睫。

2、生物炭是一种多孔、高比表面积、难降解、含碳丰富的材料，原料来源十分广泛，农业废弃物、畜禽粪便、城市生活垃圾、污泥以及工业有机废弃物等都可以用于生物炭的制取，有研究表明生物炭对污染物具有高吸附性能，在土壤污染修复上具有很大的潜力，因此，在土壤培肥改良、环境污染修复等方面均展现出较大的应用潜力，受到了全球的广泛关注。尽管生物炭具有良好的理化性质，在环境修复方面的研究中取得了一定成效，但是其比表面积、表面官能团种类和数量等理化性质还存在一些不足之处，目前采用化学、物理和生物方法来改善生物炭的理化性质，改性后生物炭的吸附能力得到了显著提升，在土壤重金属修复方面，改性炭成为了研究热点。

3、现阶段，已有许多学者在改性生物炭的制备、表征特性研究和对废水中重金属的吸附性能等方面做了大量的研究。cn113828277a公开了一种改性生物炭的制备方法及应用，施用koh溶液浸渍改性蔗渣生物炭，得到了孔隙结构更发达、表面官能团数量更丰富、吸附镉离子能力更强的改性生物炭。但改性生物炭仅仅只展示了针对与单一镉污染的修复能力，且用于废水中重金属治理，并未涉及土壤重金属污染的修复治理。

4、公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、发明人通过研究发现：生产者可以根据其应用目标如修复改良土壤、吸附污染物等对生物炭进行改性。生物炭改性方法主要有物理、化学、生物和材料负载或浸渍改性。剖析主要的改性机理、提高生物炭的环境功效、系统理解改性生物炭的性质变化有助于更好地评估其用于吸附固定或降解污染物的潜在应用，也可以为生物炭后续大规模工程应用提供理论支撑。

2、而本发明申请针对我国部分农业土壤中铅镉污染严重、传统生物炭对铅镉离子吸附能力有限、改性生物炭应用与土壤重金属污染修复领域空白的问题，提供了一种铅镉复合污染土壤修复材料的制备方法与应用，以解决重金属污染土壤环境以及其衍生出的农作物重金属超标对人体健康带来较大风险的问题。

3、鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种铅镉复合污染土壤修复材料的制备方法，包含以下步骤：

4、（1）制备烟杆生物炭：将烟草秸秆用去离子水洗涤后烘干，热解炭化，研磨过筛，即得；

5、（2）配制koh溶液：用纯度≥90 %的工业级koh固体与去离子水配制成1～5 mol·l-1的koh溶液；

6、（3）制备改性生物炭材料：将所述烟秆生物炭和所述koh溶液混匀后抽滤，干燥后研磨过筛，即得。

7、在本公开的一些实施例中，所述步骤（1）中，烘干后的烟草秸秆在管式炉中厌氧条件下热解成烟秆生物炭，其中，热解温度为400～500℃。

8、在本公开的一些实施例中，所述步骤（1）中，热解后烟草秸秆的过筛目数为100～200目。

9、在本公开的一些实施例中，所述步骤（3）中，所述烟秆生物炭和所述koh溶液混合震荡时间为8～16 h。

10、在本公开的一些实施例中，所述步骤（3）中，所述烟秆生物炭和所述koh溶液固比为1g：10～30ml。

11、在本公开的一些实施例中，所述步骤（3）中，干燥温度为100～120℃，干燥时间为12～24h。

12、在本公开的一些实施例中，所述步骤（3）中，过筛目数为100～200目。

13、根据本公开的另一个方面，提供一种铅镉复合污染土壤修复方法，在播种或秧苗移栽前，结合整地将所述铅镉复合污染土壤修复材料，均匀施入待修复田地的耕层土壤中，施量为5500～6500kg·666.7m-2。

14、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果：

15、1.采用废弃烟草秸秆为原料，通过koh溶液碱改性，使生物炭ph升高，钾离子含量增加，比表面积、孔容和孔径等物理表征增大，使生物炭孔隙结构更丰富，提供了对铅镉离子的吸附空间，增强了生物炭的吸附能力。同时，改性生物炭−oh、c=o和−cooh等表面官能团的数量明显增多，增强了生物炭与铅镉离子的螯合能力。

16、2. 本申请还可将改性烟秆生物炭应用在修复铅镉复合污染植烟土壤中，通过盆栽试验验证表明，将所述改性生物炭施用于铅镉复合污染的土壤，达到了明显降低土壤以及烟草体内铅镉含量的效果，有效地改善了土壤中的铅镉复合污染，同时降低了土壤铅镉复合污染对环境及人体健康带来的风险。

17、3. 本申请所制得的改性生物炭具有性能优越、操作简便、成本低廉等特点。

技术特征：

1.一种铅镉复合污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，烘干后的烟草秸秆在管式炉中厌氧条件下热解成烟秆生物炭，其中，热解温度为400～500℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，热解后烟草秸秆的过筛目数为100～200目。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述烟秆生物炭和所述koh溶液混合震荡时间为8～16 h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述烟秆生物炭和所述koh溶液固比为1g： 10～30ml。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，干燥温度为100～120℃，干燥时间为12～24h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，过筛目数为100～200目。

8.一种铅镉复合污染土壤修复方法，其特征在于，播种或秧苗移栽前，结合整地将权利要求1中所述铅镉复合污染土壤修复材料，均匀施入待修复田地的耕层土壤中，施量为5500～6500kg·666.7m-2。

技术总结本发明提供一种铅镉复合污染土壤修复材料的制备与应用，旨在解决重金属污染土壤环境以及其衍生出的农作物重金属超标对人体健康带来较大风险的问题。该改性生物炭材料的制备方法如下：将烟草秸秆用去离子水洗涤后烘干，热解炭化，研磨过筛，得烟杆生物炭；用纯度≥90%的工业级KOH固体与去离子水配制成1～5 mol·L<supgt;‑1</supgt;的KOH溶液；将烟秆生物炭和KOH溶液混匀后抽滤，干燥后研磨过筛，即可。本发明提供的改性生物炭材料通过KOH溶液碱改性，使生物炭孔隙结构更丰富，提供了对铅镉离子的吸附空间，增强了生物炭与铅镉离子的螯合能力。而且本发明所制得的改性生物炭具有性能优越、操作简便、成本低等特点。技术研发人员：叶协锋,陈炬廷,武云杰,张芊,赵犇,于晓娜,张波受保护的技术使用者：河南农业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27