一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及农业技术领域，具体而言，涉及一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂及其制备方法。


背景技术：

2.砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染。含砷废水、农药及烟尘都会污染土壤。天然存在含高浓度砷的土壤很少，一般每公斤土壤中含砷约为6毫克。被污染土壤中的砷来自含砷农药的施用，矿山、工厂含砷废水的排放以及燃煤、冶炼排出的含砷飘尘的降落。
3.土壤中的重金属污染致使许多地方的作物减产。砷在土壤中累积并由此进入农作物组织中。砷对农作物产生毒害作用最低浓度为3mg/l，对水生生物的毒性亦很大。砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体，造成危害。元素砷的毒性极低，砷化物均有毒性，三价砷化合物比其他砷化合物毒性更强。砷污染中毒事件(急性砷中毒)或倒置的公害病(慢性砷中毒)已屡见不鲜，严重威胁着人们的健康和生命安全。为此，治理重金属污染，尤其是砷污染就显得尤为重要；对受污染土壤进行治理，避免砷进入食物链，是防治砷污染的关键。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其能够控制水稻中砷的含量，治理酸化砷污染土壤。
5.本发明的另一目的在于提供一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂的制备方法，该方法流程简单，制备得到的产品使用效果好。
6.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
7.一方面，本发明实施例提供一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其包括如下原料：矿物成分、生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰，其重量比为(1.5-3)：(2-4)：(0.01-0.02)：(1-2)：(0.2-2)。
8.另一方面，本发明实施例提供一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂的制备方法，其包括如下步骤：
9.取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后厌氧加热1.5-2h，得到生物炭成分；
10.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，然后一同与生物炭成分、磷肥、纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
11.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
12.针对第一方面，本发明实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其包括如下原料：矿物成分、生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰，其重量比为(1.5-3)：(2-4)：(0.01-0.02)：(1-2)：(0.2-2)。
13.这样的一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，石灰石、凹凸棒石等矿物成分对重金属有良好的吸附性能，绿色环保且成本低廉，配合其他原料成分能够有效控制、钝化土壤中的砷、镉等污染物质，同时这些矿物成分能够有效中和土壤酸性，调节土壤ph环境，能够进一步增强对土壤的治理效果；生物炭通常都具有多孔结构，其比表面积较大，表面具有丰富的官能团，是一种理想的土壤修复材料，其对土壤中砷、镉等污染物质有良好的吸附、钝化作用，同时生物炭能够提高土壤ph，增加土壤表面净负电荷，从而加强对土壤中重金属污染物的阻控效果；通过添加磷肥能够为土壤补充养分，同时也能够增强对土壤中砷、镉等金属污染物的钝化效果；纳米二氧化锰对土壤中重金属污染物具有很强的吸附能力和氧化能力，能够有效控制土壤中砷向水稻迁移；再配合紫云英作为植物材料，其本身可作为一种生态饲料，固氮能力强，利用效率高，同和配合其他原料成分能够有效增强对土壤中砷、镉等重金属污染物的钝化效果，能够降低酸性土壤中砷的有效性，进一步增强对污染土壤的治理效果。各原料相互配合，能够有效调节酸化土壤的ph缓解，钝化、阻控土壤中砷、镉等重金属污染物，降低水中砷含量，起到污染土壤治理的效果。
14.针对第二方面，本发明实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂的制备方法，其包括如下步骤：
15.取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后厌氧加热1.5-2h，得到生物炭成分；
16.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，然后一同与生物炭成分、磷肥、纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
17.这样的一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂的制备方法，其首先将动物粪便和玉米秸秆在高温及厌氧条件下热解形成生物炭，得到的生物炭表面含有丰富的官能团，其既能够吸附土壤中的重金属，还可以调节土壤ph等理化性质，进而增强对重金属的阻控效果，起到对土壤的治理功效；然后将矿物成分和紫云英粉碎过筛，通过粉碎来增加这些原料与土壤的接触面积，使其能够更好的发挥各自的功效；然后一同与生物炭成分、磷肥、纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。整个制备方法流程简单，制备得到的产品阻控剂能够对土壤中的砷、镉等重金属污染物起到吸附、钝化、阻隔的效果，能够调节土壤ph等理化特性，降低酸化土壤稻米中砷的含量，土壤治理效果好，使用起来方便快捷。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
19.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
20.本发明实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂的制备方法，其包括如下原料：矿物成分、生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰，其重量比为(1.5-3)：(2-4)：(0.01-0.02)：(1-2)：(0.2-2)。
21.这样的一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，石灰石、凹凸棒石等矿物成分对重金属有良好的吸附性能，绿色环保且成本低廉，配合其他原料成分能够有效控制、钝化土壤
中的砷、镉等污染物质，同时这些矿物成分能够有效中和土壤酸性，调节土壤ph环境，能够进一步增强对土壤的治理效果；生物炭通常都具有多孔结构，其比表面积较大，表面具有丰富的官能团，是一种理想的土壤修复材料，其对土壤中砷、镉等污染物质有良好的吸附、钝化作用，同时生物炭能够提高土壤ph，增加土壤表面净负电荷，也能增加阳离子交换位点，从而加强对土壤中重金属污染物的阻控效果；通过添加磷肥能够为土壤补充养分，同时也能够增强对土壤中砷、镉等金属污染物的钝化效果；纳米二氧化锰对土壤中重金属污染物具有很强的吸附能力和氧化能力，能够有效控制土壤中砷向水稻迁移；再配合紫云英作为植物材料，其本身可作为一种生态饲料，固氮能力强，利用效率高，同和配合其他原料成分能够有效增强对土壤中砷、镉等重金属污染物的钝化效果，能够降低酸性土壤中砷的有效性，进一步增强对污染土壤的治理效果。各原料相互配合，能够有效调节酸化土壤的ph缓解，钝化、阻控土壤中砷、镉等重金属污染物，降低水中砷含量，起到污染土壤治理的效果。
22.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述矿物成分包括如下原料：石灰石、凹凸棒石和电石渣，其重量比为4：2：1。
23.在上述实施例中，石灰石、凹凸棒石、电石渣这几种材料廉价易得，这些原料能够有效吸附土壤中的砷、镉等重金属污染物，中和土壤酸性，提高土壤ph，进而起到治理土壤的功效，更有利于生产使用。
24.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述生物炭成分包括如下原料：动物粪便和玉米秸秆，其重量比为1：2。
25.在上述实施例中，动物粪便和玉米秸秆廉价易得，且均为优质的生物材料，能够制备得到优质的生物炭，其能够有效调节土壤ph理化环境，吸附土壤中重金属，起到钝化、阻控的效果。
26.进一步的，在本发明的一些实施例中，上述磷肥为磷酸二氢钠。
27.在上述实施例中，通过加入磷酸二氢钠作为磷肥，能够在补充土壤营养的同时辅助增强对土壤中砷、镉等金属污染物的钝化效果，有利于进一步提升产品对土壤的治理效果。
28.本发明实施例还提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂的制备方法，其包括如下步骤：
29.取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后厌氧加热1.5-2h，得到生物炭成分；
30.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，然后一同与生物炭成分、磷肥、纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
31.在上述实施例中，其首先将动物粪便和玉米秸秆在高温及厌氧条件下热解形成生物炭，得到的生物炭表面含有丰富的官能团，其既能够吸附土壤中的重金属，还可以调节土壤ph等理化性质，进而增强对重金属的阻控效果，起到对土壤的治理功效；然后将矿物成分和紫云英粉碎过筛，通过粉碎来增加这些原料与土壤的接触面积，使其能够更好的发挥各自的功效；然后一同与生物炭成分、磷肥、纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。整个制备方法流程简单，制备得到的产品阻控剂能够对土壤中的砷、镉等重金属污染物起到吸附、钝化、阻隔的效果，能够调节土壤ph等理化特性，降低酸化土壤稻米中砷的含量，土壤治理效果好，使用起来方便快捷。
32.进一步的，在本发明的一些实施例中，厌氧加热时以300cm3/min的速度通入氮气
作为保护气。
33.在上述实施例中，通过通入氮气作为保护气体，并对气体流速进行控制，能够排除体系内的空气，更有利于厌氧加热的进行，同时也可以防止外界污染，有利于进一步提升所制备得到的生物炭成分的品质。
34.进一步的，在本发明的一些实施例中，厌氧加热温度为600-700℃。
35.在上述实施例中，通过对厌氧加热的温度进行控制，能够使制备得到的生物胺成分具有更强的土壤治理能力，能够更好的对土壤中的重金属污染物起到吸附、钝化的效果，提高其对土壤ph的调节功效，也可以避免因加热温度不合适而对制备得到的生物炭成分的效果带来不利的影响，更有利于对土壤进行治理。
36.进一步的，在本发明的一些实施例中，向制备得到的生物炭成分加入0.04-0.3mol/l的高锰酸钾溶液进行改性处理；其中，每1g生物炭成分加入5-10ml高锰酸钾溶液。
37.在上述实施例中，通过向制备得到的生物炭成分加入高锰酸钾溶液进行改性处理，并对高锰酸钾溶液的浓度和所加入的用量进行控制，能够进一步增强其对土壤中砷的吸附、钝化效果，提升其对酸化土壤的治理效果，进一步提升制备得到的改性后的生物炭成分的品质，更有利于生产使用。
38.进一步的，在本发明的一些实施例中，加入高锰酸钾溶液后，超声2h，然后恒温水浴蒸干，再在氮气环境、600-700℃下厌氧加热20-30min。
39.在上述实施例中，通过进行超声、水浴蒸干以及厌氧加热处理，能够更加充分的通过高锰酸钾溶液来对生物炭成分进行改性处理，有利于进一步提升所制备得到的改性后的生物炭成分的使用效果，更有利于对酸化土壤进行治理。
40.进一步的，在本发明的一些实施例中，于20-30℃下超声；于85-95℃下水浴蒸干。
41.在上述实施例中，通过对超声温度和水浴温度进行控制，能够更好的保障改性过程的进行，避免在改性的过程中发生意外而对生物炭成分造成不利的影响，有利于进一步提升所制备得到的改性后的生物炭成分的品质，更有利于对酸化土壤进行治理。
42.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
43.实施例1
44.本实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其通过如下方法制备而成：
45.按1：2的重量比取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后，以300cm3/min的速度通入氮气作为保护气，于600℃厌氧加热2h，得到生物炭成分；
46.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，按1.5：3：0.01：1：0.5的重量比将矿物成分、生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
47.实施例2
48.本实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其通过如下方法制备而成：
49.按1：2的重量比取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后，以300cm3/min的速度通入氮气作为保护气，于700℃厌氧加热1.5h，得到生物炭成分；
50.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，按3：4：0.02：2：1.2的重量比将矿物成分、生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
51.实施例3
52.本实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其通过如下方法制备而成：
53.按1：2的重量比取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后，以300cm3/min的速度通入氮气作为保护气，于700℃厌氧加热1.5h，得到生物炭成分；向制备得到的生物炭成分加入0.1mol/l的高锰酸钾溶液，加入时每1g生物炭成分加入8ml高锰酸钾溶液，于25℃超声2h，然后于85℃恒温水浴蒸干，再在氮气环境、700℃下厌氧加热20min，得到改性后的生物炭成分。
54.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，按2：4：0.02：1.5：1.5的重量比将矿物成分、改性后的生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
55.实施例4
56.本实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其通过如下方法制备而成：
57.按1：2的重量比取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后，以300cm3/min的速度通入氮气作为保护气，于600℃厌氧加热2h，得到生物炭成分；向制备得到的生物炭成分加入0.25mol/l的高锰酸钾溶液，加入时每1g生物炭成分加入6ml高锰酸钾溶液，于25℃超声2h，然后于90℃恒温水浴蒸干，再在氮气环境、600℃下厌氧加热30min，得到改性后的生物炭成分。
58.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，按2：4：0.02：2：0.15的重量比将矿物成分、改性后的生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
59.实施例5
60.本实施例提供了一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂，其通过如下方法制备而成：
61.按1：2的重量比取动物粪便和玉米秸秆，干燥研磨后，以300cm3/min的速度通入氮气作为保护气，于700℃厌氧加热1.5h，得到生物炭成分；向制备得到的生物炭成分加入0.25mol/l的高锰酸钾溶液，加入时每1g生物炭成分加入8ml高锰酸钾溶液，于25℃超声2h，然后于90℃恒温水浴蒸干，再在氮气环境、700℃下厌氧加热20min，得到改性后的生物炭成分。
62.将矿物成分、紫云英粉碎过筛，按2：4：0.02：2：1.5的重量比将矿物成分、改性后的生物炭成分、磷肥、紫云英和纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。
63.试验例
64.选取土壤为酸性，受重金属污染的稻田，按1.5m*1.5m分为6块试验田，种植前翻耕土壤；对其中5块试验田按土壤质量的2％分别施加本发明实施例1-5所提供的阻控剂，另外一块试验田作为空白组不进行处理；维持培养30天后进行水稻种植，待水稻成熟后，依据gb5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》对稻米中砷的含量进行检测，检测结果如表1所示。
65.表1
66.组别稻米中砷含量(mg/kg)降低率试验田10.2561％
试验田20.2167％试验田30.1773％试验田40.1872％试验田50.1675％空白组0.64-67.根据结果可知，本发明提供的一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂能够有效控制水稻对砷的吸收；其中对生物炭成分进行改性的实施例3-5的效果要明显强于未对生物炭成分进行改性的实施例1-2，又以实施例5的效果最佳。
68.综上所述，本发明实施例提供的一种降低酸化土壤稻米中砷的阻控剂及其制备方法，该阻隔剂中，石灰石、凹凸棒石等矿物成分对重金属有良好的吸附性能，绿色环保且成本低廉，配合其他原料成分能够有效控制、钝化土壤中的砷、镉等污染物质，同时这些矿物成分能够有效中和土壤酸性，调节土壤ph环境，能够进一步增强对土壤的治理效果；生物炭通常都具有多孔结构，其比表面积较大，表面具有丰富的官能团，是一种理想的土壤修复材料，其对土壤中砷、镉等污染物质有良好的吸附、钝化作用，同时生物炭能够提高土壤ph，增加土壤表面净负电荷，也能增加阳离子交换位点，从而加强对土壤中重金属污染物的阻控效果；通过添加磷肥能够为土壤补充养分，同时也能够增强对土壤中砷、镉等金属污染物的钝化效果；纳米二氧化锰对土壤中重金属污染物具有很强的吸附能力和氧化能力，能够有效控制土壤中砷向水稻迁移；再配合紫云英作为植物材料，其本身可作为一种生态饲料，固氮能力强，利用效率高，同和配合其他原料成分能够有效增强对土壤中砷、镉等重金属污染物的钝化效果，能够降低酸性土壤中砷的有效性，进一步增强对污染土壤的治理效果。各原料相互配合，能够有效调节酸化土壤的ph缓解，钝化、阻控土壤中砷、镉等重金属污染物，降低水中砷含量，起到污染土壤治理的效果。
69.该制备方法其首先将动物粪便和玉米秸秆在高温及厌氧条件下热解形成生物炭，得到的生物炭表面含有丰富的官能团，其既能够吸附土壤中的重金属，还可以调节土壤ph等理化性质，进而增强对重金属的阻控效果，起到对土壤的治理功效；然后将矿物成分和紫云英粉碎过筛，通过粉碎来增加这些原料与土壤的接触面积，使其能够更好的发挥各自的功效；然后一同与生物炭成分、磷肥、纳米二氧化锰均匀混合，得到成品。整个制备方法流程简单，制备得到的产品阻控剂能够对土壤中的砷、镉等重金属污染物起到吸附、钝化、阻隔的效果，能够调节土壤ph等理化特性，降低酸化土壤稻米中砷的含量，土壤治理效果好，使用起来方便快捷。
70.以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。