一种基于有机质富集的土壤重构方法及应用

本发明涉及土壤修复，具体涉及一种基于有机质富集的土壤重构方法及应用。

背景技术：

1、稀土是化学元素周期表中镧系15个元素和21号元素钪、39号元素钇(共17个元素)的总称，稀土被称为“工业维生素”、“新材料之母”，大量运用在航空航天、电子、医疗卫生等行业，是重要的战略性矿产资源。离子吸附性稀土矿的开采工艺主要为地浸、堆浸以及原地浸矿等三种不同的技术。其中由于原地浸矿相比于其他技术存在工作量少、劳动强度低以及成本较低的优点，得到了采矿业的广泛应用。但原地浸矿工艺的使用，需要开挖浅槽、注液井和集液沟，灌注硫酸铵溶液。矿体注液孔的开挖仍有1/3的制备和表土被扰动，浸矿剂硫酸铵溶液长期、高浓度的注入矿体，一方面是形成了硫酸稀土和氢氧化铵在土壤里，再经过草酸或碳铵的沉淀，变成了草酸稀土或碳铵稀土，浓度过高对周围土壤植物产生危害，植被根系受损、丧失固水保土作用，而且剩下的尾矿还含有很多重金属，随着水土流失进入地表及地下水，导致水资源污染。

2、稀土矿及周边污染农田土壤的治理与修复，是保障农产品安全和人体健康迫切需要解决的问题，也是稀土资源可持续开发利用必须面对和解决的环境问题，对区域农业经济发展具有重要意义。对于矿山生态的修复技术主要分为：物理法、化学法以及生物法，物理法具有对环境不造成二次污染的优点，但是应用范围小、修复不彻底的缺点；生物法具有成本低、没有二次污染的优点，但是具有应用范围受限、修复时间长的缺点；化学法是通过加入改良剂、淋洗液等改变重金属形态来修复，具有效率高的优点。但是，现有的土壤改良剂添加在离子型稀土矿的尾矿土壤中，由于土壤呈酸性，导致其对重金属吸附沉积效果差、土壤修复速度慢。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于有机质富集的土壤重构方法及应用，解决以下技术问题：

2、现有的土壤改良剂添加在酸性土壤中，导致其对土壤中重金属离子的吸附沉积效果差，土壤修复效果不理想。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种基于有机质富集的土壤重构方法，包括如下步骤：土壤重构方法包括在土壤中添加土壤修复剂；

5、土壤修复剂的制备方法包括如下步骤：

6、s1：将黄烟秸秆干燥、粉碎、浸泡、过滤，取滤液为黄烟秸秆浸出液；

7、s2：将黄烟秸秆浸出液、油茶果壳粉末、改性生物炭拌合，得到土壤改良剂；土壤改良剂中包括10-50g油茶果壳粉末、10-50ml黄烟秸秆浸出液、2-10g改性生物炭；

8、改性生物炭的制备方法包括如下步骤：

9、a1：将肌醇六磷酸、去离子水加入反应釜中分散均匀，加入环氧化生物炭，控制温度60-70℃，保温反应3-6h，水洗、干燥，制备得到磷酸化生物炭；

10、a2：将磷酸化生物炭、蒸馏水、三聚氰胺加入反应釜中分散均匀，控制温度80-90℃，保温反应3-6h，离心、乙醇洗涤、干燥，得到氨基化生物炭；

11、a3：将有机化磁性粒子、无水乙醇、氨基化生物炭加入反应釜中分散均匀，控制温度75-85℃，搅拌条件下保温12-18h，无水乙醇洗涤、水洗、冷冻干燥，得到改性生物炭。

12、作为本发明的进一步方案：a1中肌醇六磷酸、去离子水加入反应釜中分散均匀，加入环氧化生物炭的添加比为1-2g：10ml：1g。

13、作为本发明的进一步方案：a2中磷酸化生物炭、蒸馏水、三聚氰胺的添加比为10g：100-300ml：1-3g。

14、作为本发明的进一步方案：a3中有机化磁性粒子、无水乙醇、氨基化生物炭的添加比为0.5-3g：100-200ml：10g。

15、作为本发明的进一步方案：环氧化生物炭的制备方法包括如下步骤：

16、b1：将制备黄烟秸秆浸出液剩余的滤剩固体干燥烧结、粉碎过筛，得到生物炭颗粒；

17、b2：将生物炭颗粒、甲醇溶液、氢氧化钠溶液加入反应釜中，控制温度40-50℃，保温搅拌4-8h，水洗、干燥，得到预处理生物炭颗粒；

18、b3：将预处理生物炭颗粒、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲苯加入反应釜中，常温搅拌1-3h，干燥，得到环氧化生物炭。

19、作为本发明的进一步方案：b1中干燥烧结具体步骤为：置于烘箱中60-80℃、干燥1-3h，置于马弗炉中氮气环境下500-600℃、烧结0.5-5h(升温速率10℃/min)；生物炭颗粒粒径1-5mm。

20、作为本发明的进一步方案：b2中甲醇溶液为20-40wt％甲醇水溶液、氢氧化钠溶液为20-25wt％氢氧化钠水溶液；生物炭颗粒、甲醇溶液、氢氧化钠溶液的添加比为10g：30-60ml：200-300ml。

21、作为本发明的进一步方案：b3中预处理生物炭颗粒、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲苯的添加比为1g：0.1-0.5ml：20-100ml。

22、作为本发明的进一步方案：有机化磁性粒子的制备方法包括如下步骤：将四氧化三铁粒子、甲苯、十八基三乙氧基硅烷加入反应釜中分散均匀，密封高压釜中120-150℃反应3-6h，乙醇洗涤、干燥，得到有机化磁性粒子。

23、作为本发明的进一步方案：四氧化三铁粒子、甲苯、十八基三乙氧基硅烷的添加比为1g:50-100ml：0.1-0.5ml。

24、作为本发明的进一步方案：所述四氧化三铁粒子的制备方法包括如下步骤：氮气氛围中，将六水合氯化铁、醋酸钠、乙醇加入反应釜中分散均匀，控制温度150-160℃，保温反应1-3h，密封高压釜中200-250℃反应9-12h，乙醇洗涤、干燥，得到四氧化三铁粒子。

25、作为本发明的进一步方案：黄烟秸秆浸出液的具体制备方法为：黄烟秸秆干燥后粉碎成3-10mm的黄烟秸秆颗粒；将黄烟秸秆颗粒置于水中常温浸泡2-4天，过滤取滤液，即为黄烟秸秆浸出液。

26、上述基于有机质富集的土壤重构方法应用于修复离子型稀土矿开采后的尾矿土壤。

27、作为本发明的进一步方案：每千克尾矿土壤中添加10-100g土壤修复剂。

28、本发明的有益效果：

29、(1)本技术以黄烟秸秆颗粒为原料通过水浸处理，得到黄烟秸秆浸出液，将本技术制备的黄烟秸秆浸出液以及油茶果壳粉末、改性生物炭进行拌合，得到土壤修复剂。本技术制备的黄烟秸秆浸出液中含有含有糖类、木质素以及无机盐离子，其中木质素和聚戊糖分子吸附在改性生物炭表面，使改性生物炭表面具有相同的电荷，由于同性电荷相斥的作用，使之趋于分散状态，浸出液中丰富的无机盐离子添加在土壤中有效调节土壤中无机盐离子含量；而且黄烟秸秆浸出液中的糖类和木质素等表面活性剂，使材料的双电层电位增加，表面张力增加，使土壤修复剂在酸性土壤中的稳定性增加，有效提高土壤修复剂对尾矿土壤的修复效果。

30、(2)本技术利用制备黄烟秸秆渗滤液剩余的固体进行干燥、烧结，得到生物炭；本技术制备的生物炭的表面积使其具有更多的羟基、羰基、醚键、酰胺等含氧功能基团，生物炭的芳香结构提供的π电子形成阳离子-π作用，对土壤中的无机污染物进行吸附，与重金属离子发生沉淀作用；本技术制备的生物炭结构上包括氧化能力较强的芳香结构和容易被降解的碳氧结构和脂肪结构，本技术制备的生物炭ph偏碱、比表面积大、孔隙率高、离子交换量大的优点，施入土壤后提高土壤肥力、改善土壤理化性质，实现土壤中氮、磷的固定。

31、本技术利用氢氧化钠溶液处理生物炭颗粒，在其表面接枝羟基，并利用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷进行环氧化处理，得到环氧化生物炭；本技术再环氧化生物炭表面的环氧基团与植酸中的磷酸基反应，在生物炭表面接枝磷酸基团，并利用磷酸基团与三聚氰胺进行反应，在生物炭表面接枝氨基，得到氨基化生物炭；最后本技术以氨基化生物炭为基体，在氨基化生物炭表面沉积有机化磁性粒子，得到改性生物炭；本技术对生物炭进行有机改性，材料带负电和碱性官能团提高，有效吸附阳离子。本技术制备的改性生物炭对土壤中剩余的稀土离子进行吸附、沉积、固化，稀土能增强作物的光合作用，促进作物根系生长，提高作物抵抗病虫害和逆境的能力，进一步实现土壤修复。本技术利用制备的土壤修复剂不仅具有良好的吸附性能和持水性能，除了在保持土壤养分方面起到积极作用外，对于污染物的固定和具有良好的效果。