用于页岩气产区农田修复的材料及其制备方法

本发明涉及用于页岩气产区农田修复的材料及其制备方法，属于生态修复。

背景技术：

1、页岩气是一种储存在页岩孔隙中的天然气，主要由甲烷组成。页岩气作为一种清洁能源，具有资源量大、燃烧效率高、排放污染少等优点，被认为是未来能源结构调整和保障能源安全的重要选择之一。页岩气的开发利用是一种非常规天然气勘探技术，主要通过水平井钻井和水力压裂等方法来提高页岩的渗透率，从而释放出储存的天然气。然而，在页岩气的开发过程中，会对地下水、土壤、大气等造成污染和影响，从而威胁到页岩气产区的生态系统以及人类健康。

2、页岩气开发对农田土壤质量的影响和风险主要有以下两个方面：

3、(1)土地利用变化。页岩气开发需要建设大量的井场、管道、道路等设施，占用了大片的农田、林地、草地等土地资源，导致了土地利用类型和结构的变化。这种变化可能影响到土壤的物理性质(如渗透性、保水性、团聚性等)、化学性质(如酸碱度、养分含量、有机质含量等)和生物性质(如微生物数量和多样性等)，从而降低了土壤的肥力和生产力。

4、(2)污染物排放与泄漏。页岩气开发过程中会产生大量的废气、废水和固体废弃物，其中含有一些有害物质，如甲烷、苯并芘、重金属、盐类等。其中特有的重金属污染不容忽视，如as、h、cd以及hq等。这些重金属污染物如果不经过有效控制和处理，就会破坏农田的土壤结构降低土壤功能，进而影响植被生长并危害人畜健康。

5、为了防止页岩气开发对土壤质量造成的不良影响，须加强对页岩气开发区周边农田修复。而现有的土壤修复材料稳定性较差且修复效率较低，尤其是对重金属的吸附固化稳定性随着外界条件变化，稳定性衰减较快，使得修复效果差，材料浪费严重且成本高。

技术实现思路

1、本发明是提供一种用于页岩气产区农田修复材料及其制备方法，解决了现有技术中的土壤修复材料稳定性较差且修复效率较低的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于页岩气产区农田修复材料的制备方法，包括以下步骤：取河流沉积物干燥后并碳化，得到沉积物基生物炭；采用硫化亚铁改性沉积物基生物炭后，再加入阴离子聚丙烯酰胺和硝酸铵颗粒即得。

3、进一步地，所述河流沉积物具体为河流表层沉积物，沉积物层厚≤4cm。选择页岩气产区的河流表层沉积物的原因在于，其碳含量在12.5％到67.7％之间，具备制备生物炭的条件。

4、进一步地，取河流沉积物干燥后并碳化具体包括以下步骤：将所述河流沉积物在20℃～35℃下干燥后，在800℃～1000℃高温下以2℃/min的加热速率碳化2h～3.5h，获得生物炭；所述生物炭研磨成粉末，洗涤至中性，并在80℃～90℃的温度下干燥24小时得到沉积物基生物炭。

5、进一步地，所述干燥温度为20℃，碳化温度为800℃。

6、进一步地，采用硫化亚铁改性沉积物基生物炭具体包括以下步骤：将所述沉积物基生物炭与1mol·l-1盐酸混合，反应至预设时间后离心并洗涤至中性并烘干，得到改性的沉积物基生物炭；在所述改性的沉积物基生物炭中依次加入1.5mol·l-1fecl2·4h2o水溶液和0.2mol·l-1的nas·9h2o水溶液后干燥，得到硫化亚铁改性沉积物基生物炭。

7、铁基材料具有大的比表面积和活性点位，能够为复合材料提供更多的吸附位点，用于污染物的去除并对生物炭具有支撑作用；同时沉积物基生物炭不仅可以防止铁基材料的团聚，而且可以增加铁与污染物的接触点位，从而使铁表现出更好的催化、氧化和还原污染物的能力。

8、进一步地，将所述沉积物基生物炭与1mol·l-1盐酸混合后，放入150r·min-1、25℃的恒温摇床中振荡3h；所述沉积物基生物炭加入量为100g～150g，1mol·l-1盐酸用量为10ml～15ml。

9、进一步地，所述改性的沉积物基生物炭的加入量为80g～120g，

10、1.5mol·l-1fecl2·4h2o水溶液的用量为10ml～20ml，所述0.2mol·l-1nas·9h2o水溶液的用量为15ml～25ml。

11、进一步地，所述阴离子聚丙烯酰胺加入量为12g～19g；所述硝酸铵颗粒加入量为1g～5g。

12、本发明还提供了一种用于页岩气产区农田修复材料，采用上述方法制备得到。

13、本发明从农田重金属污染的种类和土壤肥力弱化等方面考虑，对沉积物基生物炭做了复合改性，实现了铁基材料与沉积物基生物炭的优势互补，用易得环保的添加剂和简单的工艺合成，更环保有效的有针对性的修复页岩气开发区农田土壤。

14、本发明所制备的材料呈干燥粉末状，有利于和土壤混拌，而且能够促进土壤保水有效避免日照失水过快，防止土壤丧失肥力，同时修复生物碳材料可长期保持活性，可实现持续性对土壤进行修复。本发明的修复材料不会雨水冲刷导致材料失活，也不会因为太阳暴晒材料失活，无材料浪费，节约了资源，降低了成本。

技术特征：

1.一种用于页岩气产区农田修复的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：所述河流沉积物具体为河流表层沉积物，沉积物层厚≤4 cm。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，取河流沉积物干燥后并碳化具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于：所述干燥温度为20°c，碳化温度为800°c。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，采用硫化亚铁改性沉积物基生物炭具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：将所述沉积物基生物炭与1mol·l-1盐酸混合后，放入150r·min-1、25°c的恒温摇床中振荡3h；

7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：所述改性的沉积物基生物炭的加入量为80g～120g，1.5mol·l-1fecl2·4h2o水溶液的用量为10ml～20ml，所述0.2mol·l-1nas·9h2o水溶液的用量为15ml～25ml。

8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：所述阴离子聚丙烯酰胺加入量为12g～19g；所述硝酸铵颗粒加入量为1g～5g。

9.一种用于页岩气产区农田修复材料，其特征在于：采用权利要求1至8任意一项所述制备方法得到。

技术总结本发明公开了一种用于页岩气产区农田修复材料的制备方法，包括以下步骤：取河流沉积物干燥后并碳化，得到沉积物基生物炭；采用硫化亚铁改性沉积物基生物炭后，再加入阴离子聚丙烯酰胺和硝酸铵颗粒即得。本发明从农田重金属污染的种类和土壤肥力弱化等方面考虑，对沉积物基生物炭做了复合改性，实现了铁基材料与沉积物基生物炭的优势互补，用易得环保的添加剂和简单的工艺合成，更环保有效的有针对性的修复页岩气开发区农田土壤。且本发明所获得的修复材料不会雨水冲刷导致材料失活，也不会因为太阳暴晒材料失活，无材料浪费，节约了资源，降低了成本。技术研发人员：贾紫永,张代钧受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15