基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法与流程

1.本发明涉及铅镉污染农田土壤修复技术领域，具体是涉及一种基于生物炭
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凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法。


背景技术：

2.随着矿产开采、冶炼等工业活动以及污水灌溉、施用污泥和劣质化肥等农业 活动的进行，铅镉等有害重金属不断进入农业环境中，使农田土壤肥力退化、农 产品的产量和品质降低，并通过食物链最终危及人体健康；钝化修复技术是目前 国外最常用的重金属污染土壤修复技术之一，主要技术手段是向土壤中添加改良 剂，改变重金属的形态或价态，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性变小 的状态或形式，实现其无害化或降低其对生态系统危害性的风险。
3.生物炭取材方便，吸附能力强，并能提高土壤肥力，生物炭作为绿色经济 的土壤修复钝化剂，具有较好的农用价值，在铅镉污染农田土壤修复中更值得 关注；而凹凸棒石独特的微孔和介孔结构，对土壤中重金属离子具有较强的吸 附性能，然而现有技术中并未出现利用生物炭和凹凸棒土复配进行铅镉污染土 壤钝化的案例。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种基于生物炭-凹凸棒土复配的 铅镉污染农田土壤钝化方法。
5.本发明的技术方案为：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化 方法，包括以下步骤：
6.s1、生物炭制备；
7.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于80～110℃温度条件下干燥处理 3～5h，最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为2～5mm的木材颗粒；
8.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为8～13％的feso4溶液按照体 积比1:3～7混合均匀，然后在500～900khz的超声频率下超声处理5～15h，最后 滤除feso4溶液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
9.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 0.4～1.1mpa，炭化温度为450～950℃，保压2～5h，待炭化罐中改性料自然冷却 后，即可得到所需生物炭；
10.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
11.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过100～300目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中 加入其体积25～45％的质量浓度为5～9％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹 凸棒土粉末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入800～1350℃马弗炉中煅烧2～5h，得 到热处理凹凸棒土粉末；
12.s2-2、将步骤s1-3所得生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸棒土粉末按照体 积比1:2～4搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至5～11wt％，得 到混合物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为2.5～4.5mm的颗 粒料；最后将颗粒料在50
～60℃的温度条件下烘干处理2～5h，得到生物炭-凹凸 棒土复配钝化剂；
13.s3、污染土壤钝化修复；
14.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，然后调节铅镉污染农田土壤湿度 为20～45％，最后按照30～90kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉 末，并利用防水布养护5～9天；得到预处理土壤；
15.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积5～9倍的 去离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；然后将生物 炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照150～350kg/亩的比例均匀喷洒在步骤s3-1 所得预处理土壤表面，并进行翻耕处理，养护15～20天后，即可完成铅镉污染 农田土壤的钝化。
16.进一步地，步骤s1-3中，改性料炭化过程中，持续向炭化罐中以5～15m3/h 的进气流量通入由氧气和二氧化硫按照体积比1:2～5的混合气体；通过向炭化 罐中通入氧气和二氧化硫的混合气体，有助于改性料中生物质在混合气氛下热 分解，从而进一步扩大生物炭的微孔结构。
17.进一步地，步骤s2-1中，凹凸棒土粉碎后，加入其体积3～5倍的蒸馏水， 在800～1500khz的频率下进行超声分散15～30min，然后以1500-3000r/min的转 速离心处理20～40min，收集沉淀物，并进行干燥处理；通过对凹凸棒土进行进 行超声分散以及离心分离处理，能够有效降低凹凸棒土中杂质的含量，从而提 高凹凸棒土含的孔道通透性以及吸附性能。
18.进一步地，步骤s3-1中，铅镉污染农田清理完毕后，向铅镉污染农田土壤 中施撒有机肥，有机肥为鸡粪、牛粪、羊粪中的一种；通过向铅镉污染农田土 壤中施撒有机肥，不仅能够起到调节土壤ph，降低土壤中重金属的生物有效性 和迁移性的作用，同时能够增加土壤的阳离子交换容量。
19.进一步地，步骤s3-1中，铅镉污染农田土壤表面杂物清理完毕后，根据土 壤铅镉污染深度进行铅镉污染土壤的开挖和转移，并向开挖后的农田中铺设阻 隔布，最后回填铅镉污染土壤；能够有效避免土壤中铅镉污染物的迁移。
20.进一步地，步骤s3-2中，预处理土壤翻耕完成后，在预处理土壤表面按照 5～15cm的行距种植黑麦草；通过种植黑麦草，利用植物的富集作用，有效吸附 土壤中铅镉重金属污染物。
21.进一步地，步骤s3-1完成后，向预处理土壤表面均匀喷洒微生物菌液，微 生物菌液的喷洒量为1～4kg/亩，微生物菌液由光合细菌菌液、短芽孢杆菌菌 液、酵母菌菌液、苏云金芽孢杆菌液、枯草芽孢杆菌和乳杆菌菌液按照体积比 1:2:1:3:2:2复配而成；通过向预处理土壤表面均匀喷洒微生物菌液，能够提高镉 污染土壤的修复效率，同时还能够提高土壤中的有机质和微生物含量。
22.进一步地，步骤s2-2完成后，向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入1，2
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二甲氧基乙烷表面活性剂，控制反应体系ph为5～8，机械搅拌15～30min，得 到改性生物炭-凹凸棒土复配钝化剂；其中，1，2-二甲氧基乙烷表面活性剂投 加量为生物炭-凹凸棒土复配钝化剂的7～11wt％；通过向生物炭-凹凸棒土复配 钝化剂中加入表面活性剂，能够提高钝化剂对铅镉重金属污染物的吸附能力。
23.进一步地，步骤s3-2中，向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液中加入其 体积5～
11％的活化液，并搅拌均匀；活化液由腐殖酸、聚丙烯酸钠和去离子水 按照体积比1:3:6混合而成；通过加入活化液，能够对土壤中铅镉重金属的形态 起到转化作用；同时，腐殖酸能够与土壤中的重金属离子发生相互作用，从而 改善土壤中的重金属污染状况。
24.进一步地，步骤s1-3完成后，将生物炭浸泡在体积浓度为15～35％的二氧 化钛分散液中，保持混合体系温度为45～60℃，然后以150～350rpm/min速度磁 力搅拌15～30min，浸泡完成后，滤除二氧化钛分散液，将生物炭在然后在管式 炉中以500～900℃的温度煅烧处理25～45min；得到负载二氧化钛的生物炭；通 过向生物炭上负载二氧化钛，利用二氧化钛的光催化氧化作用，能够将生物炭 中吸附的有除重金属离子以外的有机污染物进行分解，从而提高生物炭的有效 作用时间。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.第一、本发明项目利用农林废弃物为原材料制备的生物炭作为重金属钝化 剂，另外添加粘土矿物凹凸棒土等形成复配体系，达到铅镉污染农田土壤钝化 的目的，生物炭以废弃木材作为原料，不仅具有来源广、成本低廉的优势，同 时也避免了废气木材随意堆放造成的环境安全问题；
27.第二、本发明所制备的生物炭-凹凸棒土复配钝化剂具有比表面积大、表面 活性强的优势，能够显著提升对土壤中重金属铅镉的钝化效果，利于土壤土质 的修复与改善；利用本发明的生物炭-凹凸棒土复配钝化剂与土壤中的重金属铅 镉元素发生专性吸附、表面络合、离子交换以及共沉淀等一系列反应，促进土 壤中的重金属铅镉元素由活性较高的形态向活性低的形态转化，从而降低重金 属铅镉的生物有效性和可迁移性，达到钝化修复的目的；
28.第三、本发明的方法具有操作简单、修复成本低的优势，凹凸棒土对土壤 中铅镉重金属离子具有较强的吸附性能，同时生物炭赋予其表面改性功能基 团，达到协同和互补的效果，进一步提升了对重金属离子的吸附性能，为重金 属污染农田土壤钝化钝化修复提供有力的技术支撑，具有较好的推广应用前 景。
具体实施方式
29.实施例1：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步骤：
30.s1、生物炭制备；
31.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于80℃温度条件下干燥处理3h， 最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为2～4mm的木材颗粒；
32.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为8％的feso4溶液按照体积 比1:3混合均匀，然后在500khz的超声频率下超声处理5h，最后滤除feso4溶 液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
33.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 0.4mpa，炭化温度为450℃，保压2h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；
34.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
35.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过100目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积25％的质量浓度为5％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹凸棒土粉 末；最后将酸化凹凸
棒土粉末置入800℃马弗炉中煅烧2h，得到热处理凹凸棒 土粉末；
36.s2-2、将步骤s1-3所得生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸棒土粉末按照体 积比1:2搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至5wt％，得到混合 物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为2.5～3.0mm的颗粒料； 最后将颗粒料在50℃的温度条件下烘干处理2h，得到生物炭-凹凸棒土复配钝 化剂；
37.s3、污染土壤钝化修复；
38.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，然后调节铅镉污染农田土壤湿度 为20％，最后按照30kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉末，并 利用防水布养护5天；得到预处理土壤；
39.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积5倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；然后将生物炭
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凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照150kg/亩的比例均匀喷洒在步骤s3-1所得预 处理土壤表面，并进行翻耕处理，养护15天后，即可完成铅镉污染农田土壤的 钝化。
40.实施例2：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步骤：
41.s1、生物炭制备；
42.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于97℃温度条件下干燥处理4h， 最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为3～5mm的木材颗粒；
43.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为11％的feso4溶液按照体积 比1:5混合均匀，然后在790khz的超声频率下超声处理11h，最后滤除feso4溶液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
44.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 0.9mpa，炭化温度为795℃，保压4h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；最后将生物炭浸泡在体积浓度为15％的二氧化钛分散液中，保 持混合体系温度为45℃，然后以150rpm/min速度磁力搅拌15min，浸泡完成 后，滤除二氧化钛分散液，将生物炭在然后在管式炉中以500℃的温度煅烧处 理25min；得到负载二氧化钛的生物炭；通过向生物炭上负载二氧化钛，利用 二氧化钛的光催化氧化作用，能够将生物炭中吸附的有除重金属离子以外的有 机污染物进行分解，从而提高生物炭的有效作用时间；
45.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
46.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过220目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积36％的质量浓度为6％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹凸棒土粉 末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入1150℃马弗炉中煅烧4h，得到热处理凹凸棒 土粉末；其中，改性料炭化过程中，持续向炭化罐中以5m3/h的进气流量通入 由氧气和二氧化硫按照体积比1:2的混合气体；通过向炭化罐中通入氧气和二 氧化硫的混合气体，有助于改性料中生物质在混合气氛下热分解，从而进一步 扩大生物炭的微孔结构；
47.s2-2、将步骤s1-3所得负载二氧化钛的生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸 棒土粉末按照体积比1:3搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至 9wt％，得到混合物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为 3.5～4.5mm的颗粒料；最后将颗粒料在56℃的温度条件下烘干处理4h，得到生 物炭-凹凸棒土复配钝化剂；
48.s3、污染土壤钝化修复；
49.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，然后调节铅镉污染农田土壤湿度 为35％，最后按照65kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉末，并 利用防水布养护7天；得到预处理土壤；
50.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积7倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；然后将生物炭
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凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照220kg/亩的比例均匀喷洒在步骤s3-1所得预 处理土壤表面，并进行翻耕处理，养护18天后，即可完成铅镉污染农田土壤的 钝化。
51.实施例3：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步骤：
52.s1、生物炭制备；
53.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于110℃温度条件下干燥处理 5h，最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为2～3mm的木材颗粒；
54.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为13％的feso4溶液按照体积 比1:7混合均匀，然后在900khz的超声频率下超声处理15h，最后滤除feso4溶液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
55.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 1.1mpa，炭化温度为950℃，保压5h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；
56.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
57.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过300目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积3倍的蒸馏水，在800khz的频率下进行超声分散15min，然后以 1500r/min的转速离心处理20min，收集沉淀物，并进行干燥处理；通过对凹凸 棒土进行进行超声分散以及离心分离处理，能够有效降低凹凸棒土中杂质的含 量，从而提高凹凸棒土含的孔道通透性以及吸附性能；最后向干燥处理后的沉 淀物中加入其体积45％的质量浓度为9％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化 凹凸棒土粉末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入1350℃马弗炉中煅烧5h，得到热 处理凹凸棒土粉末；
58.s2-2、将步骤s1-3所得生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸棒土粉末按照体 积比1:4搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至11wt％，得到混 合物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为2.5～3.5mm的颗粒 料；最后将颗粒料在60℃的温度条件下烘干处理5h，得到生物炭-凹凸棒土复 配钝化剂；
59.s3、污染土壤钝化修复；
60.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，然后调节铅镉污染农田土壤湿度 为45％，最后按照90kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉末，并 利用防水布养护9天，得到预处理土壤；
61.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积9倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；然后将生物炭
ꢀ‑
凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照350kg/亩的比例均匀喷洒在步骤s3-1所得预 处理土壤表面，并进行翻耕处理，养护20天后，即可完成铅镉污染农田土壤的 钝化。
62.实施例4：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步
骤：
63.s1、生物炭制备；
64.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于80℃温度条件下干燥处理3h， 最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为2～4mm的木材颗粒；
65.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为8％的feso4溶液按照体积 比1:3混合均匀，然后在500khz的超声频率下超声处理5h，最后滤除feso4溶 液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
66.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 0.4mpa，炭化温度为450℃，保压2h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；
67.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
68.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过100目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积25％的质量浓度为5％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹凸棒土粉 末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入800℃马弗炉中煅烧2h，得到热处理凹凸棒 土粉末；
69.s2-2、将步骤s1-3所得生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸棒土粉末按照体 积比1:2搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至5wt％，得到混合 物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为3.5～4.5mm的颗粒料； 最后将颗粒料在50℃的温度条件下烘干处理2h，得到生物炭-凹凸棒土复配钝 化剂；
70.s3、污染土壤钝化修复；
71.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，根据土壤铅镉污染深度进行铅镉 污染土壤的开挖和转移，并向开挖后的农田中铺设阻隔布，最后回填铅镉污染 土壤；能够有效避免土壤中铅镉污染物的迁移；然后向铅镉污染农田土壤中施 撒有机肥，有机肥为鸡粪、牛粪、羊粪中的一种；通过向铅镉污染农田土壤中 施撒有机肥，不仅能够起到调节土壤ph，降低土壤中重金属的生物有效性和迁 移性的作用，同时能够增加土壤的阳离子交换容量；然后调节铅镉污染农田土 壤湿度为20％，最后按照30kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉 末，并利用防水布养护5天，得到预处理土壤；向预处理土壤表面均匀喷洒微 生物菌液，微生物菌液的喷洒量为1kg/亩，微生物菌液由光合细菌菌液、短芽 孢杆菌菌液、酵母菌菌液、苏云金芽孢杆菌液、枯草芽孢杆菌和乳杆菌菌液按 照体积比1:2:1:3:2:2复配而成；通过向预处理土壤表面均匀喷洒微生物菌液， 能够提高镉污染土壤的修复效率，同时还能够提高土壤中的有机质和微生物含 量；
72.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积5倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；然后将生物炭
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凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照150kg/亩的比例均匀喷洒在步骤s3-1所得预 处理土壤表面，并进行翻耕处理，养护15天后，即可完成铅镉污染农田土壤的 钝化。
73.实施例5：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步骤：
74.s1、生物炭制备；
75.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于110℃温度条件下干燥处理 5h，最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为3～5mm的木材颗粒；
76.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为13％的feso4溶液按照体积 比1:7
混合均匀，然后在900khz的超声频率下超声处理15h，最后滤除feso4溶液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
77.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 1.1mpa，炭化温度为950℃，保压5h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；
78.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
79.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过300目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积45％的质量浓度为9％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹凸棒土粉 末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入1350℃马弗炉中煅烧5h，得到热处理凹凸棒 土粉末；
80.s2-2、将步骤s1-3所得生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸棒土粉末按照体 积比1:4搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至11wt％，得到混 合物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为3.5～4.5mm的颗粒 料；最后将颗粒料在60℃的温度条件下烘干处理5h，得到生物炭-凹凸棒土复 配钝化剂；
81.s3、污染土壤钝化修复；
82.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，然后调节铅镉污染农田土壤湿度 为45％，最后按照90kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉末，并 利用防水布养护9天；得到预处理土壤；
83.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积9倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；然后将生物炭
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凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照350kg/亩的比例均匀喷洒在步骤s3-1所得预 处理土壤表面，并进行翻耕处理，在预处理土壤表面按照5cm的行距种植黑麦 草；通过种植黑麦草，利用植物的富集作用，有效吸附土壤中铅镉重金属污染 物，养护20天后，即可完成铅镉污染农田土壤的钝化。
84.实施例6：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步骤：
85.s1、生物炭制备；
86.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于110℃温度条件下干燥处理 5h，最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为3～5mm的木材颗粒；
87.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为13％的feso4溶液按照体积 比1:7混合均匀，然后在900khz的超声频率下超声处理15h，最后滤除feso4溶液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
88.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 1.1mpa，炭化温度为950℃，保压5h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；
89.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
90.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过300目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积45％的质量浓度为9％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹凸棒土粉 末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入1350℃马弗炉中煅烧5h，得到热处理凹凸棒 土粉末；
91.s2-2、将步骤s1-3所得生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸棒土粉末按照体 积比1:4搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至11wt％，得到混 合物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为3.5～4.5mm的颗粒 料；最后将颗粒料在60℃的温
度条件下烘干处理5h，得到生物炭-凹凸棒土复 配钝化剂；向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入1，2-二甲氧基乙烷表面活性 剂，控制反应体系ph为5，机械搅拌15min，得到改性生物炭-凹凸棒土复配钝 化剂；其中，1，2-二甲氧基乙烷表面活性剂投加量为生物炭-凹凸棒土复配钝 化剂的7wt％；通过向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入表面活性剂，能够提 高钝化剂对铅镉重金属污染物的吸附能力；
92.s3、污染土壤钝化修复；
93.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，然后调节铅镉污染农田土壤湿度 为45％，最后按照90kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉末，并 利用防水布养护9天；得到预处理土壤；
94.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积9倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；然后将生物炭
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凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照350kg/亩的比例均匀喷洒在步骤s3-1所得预 处理土壤表面，并进行翻耕处理，养护20天后，即可完成铅镉污染农田土壤的 修复。
95.实施例7：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步骤：
96.s1、生物炭制备；
97.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于110℃温度条件下干燥处理 4h，最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为2～3mm的木材颗粒；
98.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为13％的feso4溶液按照体积 比1:7混合均匀，然后在900khz的超声频率下超声处理15h，最后滤除feso4溶液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
99.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 1.1mpa，炭化温度为950℃，保压5h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；
100.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
101.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过300目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积45％的质量浓度为9％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹凸棒土粉 末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入1350℃马弗炉中煅烧5h，得到热处理凹凸棒 土粉末；
102.s2-2、将步骤s1-3所得生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸棒土粉末按照体 积比1:4搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至5wt％，得到混合 物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为2.5～3.5mm的颗粒料； 最后将颗粒料在60℃的温度条件下烘干处理5h，得到生物炭-凹凸棒土复配钝 化剂；
103.s3、污染土壤钝化修复；
104.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，然后调节铅镉污染农田土壤湿度 为45％，最后按照90kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉末，并 利用防水布养护9天；得到预处理土壤；
105.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积9倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；向生物炭-凹 凸棒土复配钝化剂水溶液中加入其体积5％的活化液，并搅拌均匀；活化液由腐 殖酸、聚丙烯酸钠和去离子水按照体积比1:3:6混合而成；通过加入活化液，能 够对土壤中铅镉重金属的形态起到转
化作用；同时，腐殖酸能够与土壤中的重 金属离子发生相互作用，从而改善土壤中的重金属污染状况；然后将加入了活 化液的生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照350kg/亩的比例均匀喷洒在步骤 s3-1所得预处理土壤表面，并进行翻耕处理，养护15天后，即可完成铅镉污染 农田土壤的钝化；
106.实施例8：基于生物炭-凹凸棒土复配的铅镉污染农田土壤钝化方法，包括 以下步骤：
107.s1、生物炭制备；
108.s1-1、去除废弃木材表面腐朽层，然后置于110℃温度条件下干燥处理 4h，最后将干燥完成的废弃木材粉碎成粒径为2～3mm的木材颗粒；
109.s1-2、将步骤s1-1所得木材颗粒与质量浓度为13％的feso4溶液按照体积 比1:7混合均匀，然后在900khz的超声频率下超声处理15h，最后滤除feso4溶液，并将木材颗粒洗涤至中性，得到改性料；
110.s1-3、将步骤s1-2所得改性料置于炭化罐中，控制炭化罐内压力 1.1mpa，炭化温度为950℃，保压5h，待炭化罐中改性料自然冷却后，即可得 到所需生物炭；其中，改性料炭化过程中，持续向炭化罐中以15m3/h的进气流 量通入由氧气和二氧化硫按照体积比1:5的混合气体；通过向炭化罐中通入氧 气和二氧化硫的混合气体，有助于改性料中生物质在混合气氛下热分解，从而 进一步扩大生物炭的微孔结构；将生物炭浸泡在体积浓度为35％的二氧化钛分 散液中，保持混合体系温度为60℃，然后以350rpm/min速度磁力搅拌30min， 浸泡完成后，滤除二氧化钛分散液，将生物炭在然后在管式炉中以900℃的温 度煅烧处理45min；得到负载二氧化钛的生物炭；通过向生物炭上负载二氧化 钛，利用二氧化钛的光催化氧化作用，能够将生物炭中吸附的有除重金属离子 以外的有机污染物进行分解，从而提高生物炭的有效作用时间；
111.s2、生物炭-凹凸棒土复配；
112.s2-1、将凹凸棒土粉碎后过300目筛网，然后向粉碎后的凹凸棒土中加入 其体积5倍的蒸馏水，在1500khz的频率下进行超声分散30min，然后以 3000r/min的转速离心处理40min，收集沉淀物，并进行干燥处理；通过对凹凸 棒土进行进行超声分散以及离心分离处理，能够有效降低凹凸棒土中杂质的含 量，从而提高凹凸棒土含的孔道通透性以及吸附性能。最后向凹凸棒土沉淀物 中加入其体积45％的质量浓度为9％的硫酸溶液，并搅拌均匀，得到酸化凹凸 棒土粉末；最后将酸化凹凸棒土粉末置入1350℃马弗炉中煅烧5h，得到热处理 凹凸棒土粉末；
113.s2-2、将步骤s1-3所得负载二氧化钛的生物炭与步骤s2-1所得热处理凹凸 棒土粉末按照体积比1:4搅拌混合均匀，并利用去离子水调节混合物含水率至 5wt％，得到混合物湿料；然后将混合物湿料通过圆盘造粒机制成粒径为 2.5～3.5mm的颗粒料；最后将颗粒料在60℃的温度条件下烘干处理5h，得到生 物炭-凹凸棒土复配钝化剂；向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入1，2-二甲氧 基乙烷表面活性剂，控制反应体系ph为8，机械搅拌30min，得到改性生物炭
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凹凸棒土复配钝化剂；其中，1，2-二甲氧基乙烷表面活性剂投加量为生物炭
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凹凸棒土复配钝化剂的11wt％；通过向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入表面 活性剂，能够提高钝化剂对铅镉重金属污染物的吸附能力；
114.s3、污染土壤钝化修复；
115.s3-1、清理铅镉污染农田土壤表面杂物，根据土壤铅镉污染深度进行铅镉 污染土壤的开挖和转移，并向开挖后的农田中铺设阻隔布，最后回填铅镉污染 土壤；能够有效避免土壤中铅镉污染物的迁移；然后向铅镉污染农田土壤中施 撒有机肥，有机肥为鸡粪、牛粪、羊粪中的一种；通过向铅镉污染农田土壤中 施撒有机肥，不仅能够起到调节土壤ph，降低土壤中重金属的生物有效性和迁 移性的作用，同时能够增加土壤的阳离子交换容量；最后调节铅镉污染农田土 壤湿度为45％，最后按照90kg/亩的比例向铅镉污染农田土壤中撒施海泡石粉 末，并利用防水布养护9天；得到预处理土壤；最后向预处理土壤表面均匀喷 洒微生物菌液，微生物菌液的喷洒量为4kg/亩，微生物菌液由光合细菌菌液、 短芽孢杆菌菌液、酵母菌菌液、苏云金芽孢杆菌液、枯草芽孢杆菌和乳杆菌菌 液按照体积比1:2:1:3:2:2复配而成；通过向预处理土壤表面均匀喷洒微生物菌 液，能够提高镉污染土壤的修复效率，同时还能够提高土壤中的有机质和微生 物含量；
116.s3-2、向步骤s2-2所得生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加入其体积9倍的去 离子水，并搅拌均匀，得到生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液；向生物炭-凹 凸棒土复配钝化剂水溶液中加入其体积11％的活化液，并搅拌均匀；活化液由 腐殖酸、聚丙烯酸钠和去离子水按照体积比1:3:6混合而成；通过加入活化液， 能够对土壤中铅镉重金属的形态起到转化作用；同时，腐殖酸能够与土壤中的 重金属离子发生相互作用，从而改善土壤中的重金属污染状况；然后将加入了 活化液的生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液按照350kg/亩的比例均匀喷洒在步 骤s3-1所得预处理土壤表面，并进行翻耕处理，然后在预处理土壤表面按照 15cm的行距种植黑麦草；通过种植黑麦草，利用植物的富集作用，有效吸附土 壤中铅镉重金属污染物；养护15天后，即可完成铅镉污染农田土壤的钝化。
117.试验例：
118.一、以云南兰坪铅锌矿周边铅镉污染农田作为试验样地，分别利用本发明 实施例1-8的方法对试验样地相同区域的污染土壤进行钝化处理；处理前，测 得污染土壤中各重金属污染物浓度如表1所示；
119.表1铅镉污染农田土壤中各污染物浓度
120.污染物铅镉砷汞镍锌浓度/mg/kg8.550.2624.520.0935.26132.95
121.二、处理完毕后，对处理后的铅镉污染农田土壤进行重金属浸提试验；方 法如下：
122.随机采集24份质量为200g的土壤样本，然后将24份土壤样本随机均分为 等质量的8组，将各组的土壤样本分别置于2l提取瓶中，按固液比10:1 (l/kg)加入硝酸溶液浸提剂；盖紧后固定在翻转式振荡装置上，调节转速为 32r/min，于25℃下振荡18h，静置后取出各个土壤样本，并在高速离心机上以 5000rpm离心5min，取上清液，于4℃下保存；
123.三、将各组上清液经稀释后利用icp-ms测定铅镉浓度，并计算各组土壤 样本中各污染物浓度的平均值；计算结果如表2所示：
124.表2各实施例的钝化方法对铅镉污染农田土壤中重金属污染物浓度的影响
[0125][0126]
四、试验结果分析；
[0127]
通过表1数据可知，实施例2与实施例1相比，通过向炭化罐中通入氧气 和二氧化硫的混合气体，有助于改性料中生物质在混合气氛下热分解，从而进 一步扩大生物炭的微孔结构；通过向生物炭上负载二氧化钛，利用二氧化钛的 光催化氧化作用，能够将生物炭中吸附的有除重金属离子以外的有机污染物进 行分解，从而提高生物炭的有效作用时间；实施例3与实施例1相比，通过对 凹凸棒土进行进行超声分散以及离心分离处理，能够有效降低凹凸棒土中杂质 的含量，从而提高凹凸棒土含的孔道通透性以及吸附性能；实施例4与实施例 1相比，通过向铅镉污染农田土壤中施撒有机肥，不仅能够起到调节土壤ph， 降低土壤中重金属的生物有效性和迁移性的作用，同时能够增加土壤的阳离子 交换容量，通过向开挖后的农田中铺设阻隔布，能够有效避免土壤中铅镉污染 物的迁移；通过向预处理土壤表面均匀喷洒微生物菌液，能够提高镉污染土壤 的修复效率，同时还能够提高土壤中的有机质和微生物含量；实施例5与实施 例1相比，通过种植黑麦草，利用植物的富集作用，有效吸附土壤中铅镉重金 属污染物；实施例6与实施例1相比，通过向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂中加 入表面活性剂，能够提高钝化剂对铅镉重金属污染物的吸附能力；实施例7与 实施例1相比，通过向生物炭-凹凸棒土复配钝化剂水溶液中加入活化液，能够 对土壤中铅镉重金属的形态起到转化作用；同时，腐殖酸能够与土壤中的重金 属离子发生相互作用，从而改善土壤中的重金属污染状况；实施例8与实施例 1～7相比，通过将各有利条件进行了综合与优化，使得铅镉污染农田土壤的钝 化效果达到最佳。