本发明属于农业生产中土壤培养
技术领域：
，具体涉及除土壤中重金属的土壤调理剂材料、其制备方法及应用。
背景技术：
：重金属污染是指重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，土壤重金属污染是指由重金属或其化合物对进入生态系统中的土壤污染。重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，而进入生态系统中的土壤往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时，土壤中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解，但具有生物累积性，当在被重金属污染的土壤中种植农作物，人类或者其他动物食用会直接进入人体内，由于重金属不可以通过消化系统和分泌系统排出，只能在人体内长期富集，而重金属对人体的伤害极大，常见的有：1)食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大2)导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭3)进入人体能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下4)伤人的心、肺，导致胆固醇代谢异常。5)会使人多发性神经炎。6)超量时会使人甲状腺机能亢进。也能伤害重要器官。7)砷是砒霜的组分之一，有剧毒，会致人迅速死亡。长期接触少量，会导致慢性中毒。另外还有致癌性。这些重金属中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、精神错乱、关节疼痛、结石、癌症等等。随着经济、工业的发展，全国多地出现了土壤重金属污染对的事件，例如：湖南镉大米事件、云南铬渣事件、广东儿童血铅招标事件等等，重金属污染治理特别是土壤重金属污染治理目前一直没有好的治理方法，环境和土壤科学家尝试使用了多种方法治理，都没有取得很好的效果。目前，国内外在农田土壤重金属污染钝化修复中，使用的钝化剂材料主要包括：1)粘土矿物，如海泡石、蒙脱土、膨润土、凹土、高岭土等；2)碳材料，如秸秆炭、黑炭、果壳炭、骨炭等；3)含磷材料，如钙镁磷肥、羟基磷灰石、磷矿粉、磷酸盐等；4)硅钙材料，如石灰、石灰石、碳酸钙镁、硅酸钠、硅酸钙、硅肥等；5)金属氧化物，如氧化铁、硫酸亚铁、硫酸铁、针铁矿、氧化锰、锰钾矿等；6)有机物料，如畜禽粪便、腐殖酸、泥炭、有机堆肥等；7)工业废弃物，如粉煤灰、钢渣、赤泥、污泥等。CN201410078419.9公开了一种利用凹凸棒土、壳聚糖、生物炭、硫代硫酸钠四种材料复合制备修复土壤重金属的功能性肥料及修复剂。该修复肥及修复剂主要采用螯合土壤中重金属离子的方式固定重金属离子，以还原高价重金属离子的方法降低其毒性和溶解性。CN201410759215.1公开了一种应用去除土壤中重金属的多孔复合材料的制备方法，它将无机材料及有机材料经混合、成型、干燥、烧结等工序制成多孔材料基材，再将多孔材料用酸活化，最后再在有机或无机溶液中，用对重金属有吸附、络合和化学键合功能的硅烷偶联剂或其他有机分子处理而得到功能分子层，从而制得所需多孔复合材料。该方法通过吸附、络合和化学键合功能对土壤中重金属进行去除，但其功能仍以除重金属为主，而没有调节农作物土壤的中作用、最后会使农作物减产技术实现要素：为解决现有技术的不足，本发明提供了一种除土壤中重金属的土壤调理剂材料、其制备方法及应用。本发明所提供的除土壤中重金属的土壤调理剂材料，通过物理吸附、化学吸附、固化重金属使重金属失去活性等作用，可以从更本上除去土壤中的重金属污染从而阻止土壤中的重金属进入农作物。同时，可以提供农作物的土壤中所所必需的元素、从而减少化肥使用，增加农作物产量，真正做到调节农作物土壤的作用。本发明所提供的技术方案如下：一种除土壤中重金属的土壤调理剂材料的制备方法，包括以下步骤：1)混合各原料，得到混合料，其中，所述混合料包括以下重量百分含量的各组分：膨润土20％～70％，蒙脱石15％～45％，细煤粉10％～40％；2)配制增微孔剂，所述增微孔剂为碳水化合物的水溶液；3)将步骤1)得到的混合料与步骤2)得到的增微孔剂进行混合练泥，得到泥料；4)以步骤3)得到的泥料进行成型和干燥，得到成型品；5)将步骤4)得到的成型品进行烧成，得到半成品；6)将步骤5)得到的半成品粉碎，得到除土壤中重金属的土壤调理剂材料。通过本发明所提供的除土壤中重金属的土壤调理剂材料的制备方法可以制备得到的除土壤中重金属的土壤调理剂材料，其通过对合理配比的原料进行混泥、增孔、高温烧成和急冷活化，得到具有高活性和吸附性的调理剂材料。具体的，步骤2)中，所述增微孔剂为单糖、二糖或多糖的水溶液。优选的，所述增微孔剂为葡萄糖、果糖、蔗糖或麦芽糖的水溶液。优选的，增微孔剂中糖的含量为2wt％～6wt％。上述技术方案可以在制备过程中实现增加微孔和无残留。具体的，步骤3)中，所述碳水化合物的水溶液与步骤1)得到的混合料的重量百分比为25％～50％。优选的，步骤1)中：膨润土中蒙脱石含量大于等于85％，细度为180目到325目；蒙脱石含量大于等于98％，粒径小于等于2000目；细煤粉粒径小于等于460目。具体的：步骤4)中，干燥温度为150～180℃，干燥后含水率不高于0.5％。具体的，步骤5)中的烧成步骤的温度制度包括以下依次进行的阶段：室温至350℃的升温阶段、350℃至420℃的升温阶段、350℃至750～850℃的升温阶段、750～850℃至1000～1100℃的升温阶段、1000～1100℃的保温阶段、1000～1100℃至750℃的降温阶段、750℃至350℃的降温阶段以及350℃至室温的降温阶段。上述技术方案通过高温骤冷，可以使材料形成活性更高的非晶型。本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的除土壤中重金属的土壤调理剂材料。优选的，粒径为40微米到500微米。本发明所提供的除土壤中重金属的土壤调理剂材料具有高的比表面积、大的气孔率、孔容和合适的孔径，对重金属具有很强的物理吸附能力。同时，该材料在农田土壤中可以释放一定量的钙(Ca2+)、镁(Mg2+)、钾(K+)、钠(Na+)等碱金属和碱土的元素，这些碱金属和碱土的元素是农作物生长增产所必需的元素，从而可以对农作物增产。本发明还提供了上述除土壤中重金属的土壤调理剂材料的应用，用于除土壤中重金属和/或农作物增产。在农田土壤中可以释放一定量的钙(Ca2+)、镁(Mg2+)、钾(K+)、钠(Na+)等带正电荷的碱金属和碱土金属的元素，被土壤所吸收。土壤中的重金属离子带正电荷的，先由材料进行物理吸附，然后通过正负电荷相结合的方式由材料进行化学吸附，实现了对土壤的调理。有益效果本发明所提供的除土壤中重金属的土壤调理剂材料通过特定的原材料制作工艺、配方工艺和烧成工艺等制备得到，在农田土壤中可以释放一定量的钙(Ca2+)、镁(Mg2+)、钾(K+)、钠(Na+)等带正电荷的碱金属和碱土金属的元素。这些元素被土壤所吸收，从而导致材料自身带负电荷。土壤中的重金属离子带正电荷的，先由材料进行物理吸附，然后通过正负电荷相结合的方式由材料进行化学吸附。基于化学吸附牢固、不会二次释放，重金属离子失去活性，不会进入农作物中。另外，制备方法所需要的材料为自然分布广泛的矿物材料，原材料来源广泛，生产工艺简单，生产成本低廉，适合工业化大规模生产。具体实施方式以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。具体实施方式除土壤中重金属的土壤调理剂材料的制备步骤一、原材料制备：1、膨润土：含量大于85％，通过破碎机、雷蒙磨将原材料粉碎研磨到细度为180目到325目粉末；2、蒙脱石：含量大于98％，用气流磨将蒙脱石研磨到粒径小于2000目；步骤二、配方：步骤一制备的原材料膨润土占20wt％到70wt％、蒙脱石15wt％到45wt％、细煤粉10wt％到40wt％；步骤三、制备糖溶液：2重量份到6重量份的糖加入到水中，充分搅拌直到完全溶解，配制成浓度为2％到6％的糖溶液；步骤四、混料：将步骤二的配好料投入高速混料机中混合10到20分钟；步骤五、混炼：向步骤四混合好的原材料中加入25wt％到50wt％的糖溶液进行混合炼泥15到25分钟；步骤六、成型：将步骤五制备得到的泥料投入到自动挤出成型机内成型，成型颗粒大小为2到3毫米，得到成型颗粒；步骤七、干燥：将步骤六制备得到的成型颗粒投入烘箱内干燥、干燥温度为150度到180度，干燥时间1小时到1.5小时，干燥后含水率不高于0.5％，得到成型品；步骤八、烧成：将步骤七干燥好成型品，放入窑炉中烧成，得到半成品。烧成制度：一、气氛：全程氧化气氛，二、温度制度，如下表：步骤九、粉碎：将步骤八烧成得到的半成品通过研磨粉碎机研磨粉碎到粒径为40微米到500微米的成品。实施例1除土壤中重金属的土壤调理剂材料的制备步骤一、原材料制备：1、膨润土：含量大于85％，通过破碎机、雷蒙磨将原材料粉碎研磨到细度为325目粉末；2、蒙脱石：含量大于98％，用气流磨将蒙脱石研磨到粒径为2500目；步骤二、配方：步骤一制备的原材料膨润土占65wt％、蒙脱石20wt％、细煤粉15wt％；步骤三、制备葡萄糖溶液：6重量份的葡萄糖加入到94重量份水中，充分搅拌直到完全溶解，配制成浓度为6％的葡萄糖溶液；步骤四、混料：将步骤二的配好料投入高速混料机中混合20分钟；步骤五、混炼：向步骤四混合好的原材料中加入25wt％的葡萄糖溶液进行混合炼泥25分钟；步骤六、成型：将步骤五制备得到泥料投入到自动挤出成型机内成型，成型颗粒大小为2毫米，得到成型颗粒；步骤七、干燥：将步骤六制备得到的成型颗粒投入烘箱内干燥、干燥温度为180度，干燥时间1小时，干燥后含水率不高于0.5％，得到成型品；步骤八、烧成：将步骤七干燥好成型品，放入窑炉中烧成，得到半成品。烧成制度：一、气氛：全程氧化气氛，二、温度制度，如下表：步骤九、粉碎：将步骤八烧成得到的半成品通过研磨粉碎机研磨粉碎到粒径为80微米的成品1。实施例2除土壤中重金属的土壤调理剂材料的制备步骤一、原材料制备：1、膨润土：含量大于85％，通过破碎机、雷蒙磨将原材料粉碎研磨到细度为180目粉末；2、蒙脱石：含量大于98％，用气流磨将蒙脱石研磨到粒径2000为目；步骤二、配方：步骤一制备的原材料膨润土占50wt％、蒙脱石30wt％、细煤粉20wt％；步骤三、制备蔗糖溶液：2重量份的蔗糖加入到98重量份水中，充分搅拌直到完全溶解，配制成浓度为2％的蔗糖溶液；步骤四、混料：将步骤二的配好料投入高速混料机中混合15分钟；步骤五、混炼：向步骤四混合好的原材料中加入50wt％的蔗糖溶液进行混合炼泥25分钟；步骤六、成型：将步骤五制备得到泥料投入到自动挤出成型机内成型，成型颗粒大小为3毫米，得到成型颗粒；步骤七、干燥：将步骤六制备得到的成型颗粒投入烘箱内干燥、干燥温度为150度，干燥时间1.5小时，干燥后含水率不高于0.5％，得到成型品；步骤八、烧成：将步骤七干燥好成型品，放入窑炉中烧成，得到半成品。烧成制度：一、气氛：全程氧化气氛，二、温度制度，如下表：步骤九、粉碎：将步骤八烧成得到的半成品通过研磨粉碎机研磨粉碎到粒径为450微米的成品2。实施例3除土壤中重金属的土壤调理剂材料的制备步骤一、原材料制备：1、膨润土：含量大于85％，通过破碎机、雷蒙磨将原材料粉碎研磨到细度为250目粉末；2、蒙脱石：含量大于98％，用气流磨将蒙脱石研磨到粒径为2250目；步骤二、配方：步骤一制备的原材料膨润土占45wt％、蒙脱石25wt％、细煤粉30wt％；步骤三、制备果糖溶液：4重量份的果糖加入到96重量份水中，充分搅拌直到完全溶解，配制成浓度为4％的果糖溶液；步骤四、混料：将步骤二的配好料投入高速混料机中混合10分钟；步骤五、混炼：向步骤四混合好的原材料中加入35wt％的果糖溶液进行混合炼泥20分钟；步骤六、成型：将步骤五制备得到泥料投入到自动挤出成型机内成型，成型颗粒大小为2毫米，得到成型颗粒；步骤七、干燥：将步骤六制备得到的成型颗粒投入烘箱内干燥、干燥温度为160度，干燥时间1小时，干燥后含水率不高于0.5％，得到成型品；步骤八、烧成：将步骤七干燥好成型品，放入窑炉中烧成，得到半成品。烧成制度：一、气氛：全程氧化气氛，二、温度制度，如下表：步骤九、粉碎：将步骤八烧成得到的半成品通过研磨粉碎机研磨粉碎到粒径为250微米的成品3。效果例实验室测试物理性能测试数据，结果如下表所示：吸附重金属测试1)镉(Cd)总镉吸附实验配制一定浓度的含镉溶液200ml.用1g本发明材料吸附1小时，结果如下表所示：测试项目吸附前浓度吸附后浓度吸附容量除去率数据1200.12ppm0.13ppm40.00mg/g99.87％数据2200.12ppm0.14ppm40.12mg/g99.85％数据3200.12ppm0.11ppm39.85mg/g99.83％2)铅(Pd)总铅吸附实验配制一定浓度的含铅溶液200ml.用1g本发明材料吸附1小时，结果如下表所示：测试项目吸附前浓度吸附后浓度吸附容量除去率数据1220.35ppm0.07ppm44.06mg/g99.97％数据2220.35ppm0.06ppm44.12mg/g99.98％数据3220.35ppm0.05ppm44.17mg/g99.97％3)铬(Cr)总铬吸附实验配制一定浓度的含铬溶液200ml.用1g本发明材料吸附1小时，结果如下表所示：测试项目吸附前浓度吸附后浓度吸附容量除去率数据1176.35ppm0.56ppm35.22mg/g99.68％数据2176.35ppm0.55ppm35.26mg/g99.63％数据3176.35ppm0.53ppm35.18mg/g99.62％4)汞(Hg)总汞吸附实验配制一定浓度的含汞溶液200ml.用1g本发明材料吸附1小时，结果如下表所示：测试项目吸附前浓度吸附后浓度吸附容量除去率数据1157.21ppm0.73ppm31.30mg/g99.53％数据2157.21ppm0.71ppm31.50mg/g99.43％数据3157.21ppm0.69ppm30.850mg/g99.27％农田土壤测试在被重金属污染的农田加入本发明材料与没有加本发明材料的重金属的农田进行比较试验，结果如下表所示：测试项目种植出来水稻的镉含量降镉率水稻产量增产率没加本发明材料2ppm786kg/亩加入本发明材料10.019ppm99.05％821kg/亩4.5％加入本发明材料20.029ppm98.55％819kg/亩4.2％加入本发明材料30.025ppm98.75％811kg/亩3.2％以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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