一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法，属于土壤修复技术领域。本发明首先以富含糖分的甘蔗为原料，榨汁得到甘蔗汁，再将甘蔗汁浓缩，得到浓缩糖浆，接着再将玉米淀粉和浓缩糖浆混合制得生物质糖胶黏剂，接着本发明以稻壳为原料，将其烧结后和碳酸钙混合反应制得预制钝化剂，随后再将生物质糖胶黏剂和枯草芽孢杆菌混合得到含菌胶黏剂，最后利用含菌胶黏剂将预制钝化剂粘合造粒，干燥后制得生物质长效重金属钝化剂，本发明制得的钝化剂钝化效果好，钝化时效长，具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：(1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗粉碎后榨汁，将得到的甘蔗汁旋蒸浓缩，得到浓缩糖浆；

(2)生物质糖胶黏剂的制备：将玉米淀粉和浓缩糖浆以及去离子水混合后搅拌，再旋蒸浓缩得到生物质糖胶黏剂；

(3)预制钝化剂的制备：称取稻壳烧结，将烧结后的稻壳灰和碳酸钙混合，在氩气中烧结反应，得到预制钝化剂；

(4)含菌胶黏剂的制备：将生物质糖胶黏剂和枯草芽孢杆菌菌悬液混合后，得到含菌胶黏剂；

(5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将含菌胶黏剂和预制钝化剂制成球形颗粒并真空干燥，最终制得生物质长效重金属钝化剂。

2.根据权利要求1所述的一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁，过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩后，得到浓缩糖浆，备用；

(2)生物质糖胶黏剂的制备：将玉米淀粉和上述浓缩糖浆以及去离子水混合后装入烧杯中，用搅拌器搅拌后，再用旋转蒸发仪旋蒸浓缩后得到生物质糖胶黏剂，备用；

(3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙混合后装入电阻炉中，在氩气保护下加热升温，保温烧结反应，烧结结束后得到预制钝化剂；

(4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和枯草芽孢杆菌菌悬液混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混合，得到含菌胶黏剂；

(5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝化剂混合后，用搅拌器搅拌混合，搅拌混合结束后，制成球形颗粒并真空干燥，最终制得生物质长效重金属钝化剂。

3.根据权利要求1或2所述的一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

(1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁，过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，在50～60℃下旋蒸浓缩1～2h后，得到浓缩糖浆，备用；

(2)生物质糖胶黏剂的制备：按质量比为1:5：8将玉米淀粉和上述浓缩糖浆以及去离子水混合后装入烧杯中，用搅拌器以200～300r/min的转速搅拌10～15min后，再用旋转蒸发仪在70～80℃下旋蒸浓缩30～40min后得到生物质糖胶黏剂，备用；

(3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙按质量比为1:1混合后装入电阻炉中，在氩气保护下加热升温至900～1000℃，保温烧结反应1～2h，烧结结束后得到预制钝化剂；

(4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和浓度为106cfu/mL的枯草芽孢杆菌菌悬液混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混合1～2h，得到含菌胶黏剂；

(5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝化剂按质量比为1:3混合后，用搅拌器以100～200r/min的转速搅拌混合1～2h，搅拌混合结束后，制成直径为3～5mm的球形颗粒并真空干燥，最终制得生物质长效重金属钝化剂。

说明书

一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法，属于土壤修复技术领域。

背景技术

[0002] 目前，土壤重金属具有不可逆和不能被降解的特性，在农田土壤中不仅导 致土壤肥力下降和作物减产，并通过食物链途径在生物体内富集，对人类健康 构成严重威胁。依
据重金属的特性和土壤污染状况，可将土壤重金属污染修复 途径划分为两类：一是通过物
理、化学或生物等方法将重金属从土壤中去除， 使其在土壤中存留浓度接近或达到土壤背
景值，该方法效果虽好，但成本较高； 二是利用原位固定技术，通过向土壤添加合适钝化
剂，使其与重金属离子之间 发生吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应，改变重金属在
土壤中的赋存 形态，减小重金属吸收和毒性效果，此方法与前者相比操作简单，成本低，适 
于大规模应用。

[0003] 而目前常见的纯生物质金属钝化剂由于吸附量有限，吸附饱和后就会失效， 导致钝化剂有效作用时间短，金属钝化效果差，因此发明一种生物质长效重金 属钝化剂的制备
方法对土壤修复技术领域具有积极意义。

发明内容

[0004] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种生物质长效重金属钝化剂 的制备方法。

[0005] 本发明的一种生物质长效重金属钝化剂的制备方法，具体制备步骤为：

[0006] (1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗粉碎后榨汁，将得到的甘蔗汁旋蒸浓缩， 得到浓缩糖浆；

[0007] (2)生物质糖胶黏剂的制备：将玉米淀粉和浓缩糖浆以及去离子水混合后 搅拌，再旋蒸浓缩得到生物质糖胶黏剂；

[0008] (3)预制钝化剂的制备：称取稻壳烧结，将烧结后的稻壳灰和碳酸钙混合， 在氩气中烧结反应，得到预制钝化剂；

[0009] (4)含菌胶黏剂的制备：将生物质糖胶黏剂和枯草芽孢杆菌菌悬液混合后， 得到含菌胶黏剂；

[0010] (5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将含菌胶黏剂和预制钝化剂制成球 形颗粒并真空干燥，最终制得生物质长效重金属钝化剂。

[0011] 进一步的，具体制备步骤为：

[0012] (1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁， 过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，旋蒸浓缩 后，得到浓缩糖浆，
备用；

[0013] (2)生物质糖胶黏剂的制备：将玉米淀粉和上述浓缩糖浆以及去离子水混 合后装入烧杯中，用搅拌器搅拌后，再用旋转蒸发仪旋蒸浓缩后得到生物质糖 胶黏剂，备用；

[0014] (3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产 生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙混合后装入电阻炉中，在氩气保护下加热 升温，保温烧结反
应，烧结结束后得到预制钝化剂；

[0015] (4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和枯草芽孢杆菌菌悬液 混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混合，得到含菌胶黏剂；

[0016] (5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝 化剂混合后，用搅拌器搅拌混合，搅拌混合结束后，制成球形颗粒并真空干燥， 最终制得生物质长
效重金属钝化剂。

[0017] 进一步的，具体制备步骤为：

[0018] (1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁， 过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，在50～60℃ 下旋蒸浓缩1～2h
后，得到浓缩糖浆，备用；

[0019] (2)生物质糖胶黏剂的制备：按质量比为1:5：8将玉米淀粉和上述浓缩 糖浆以及去离子水混合后装入烧杯中，用搅拌器以200～300r/min的转速搅拌 10～15min后，再用旋
转蒸发仪在70～80℃下旋蒸浓缩30～40min后得到生物 质糖胶黏剂，备用；

[0020] (3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产 生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙按质量比为1:1混合后装入电阻炉中，在 氩气保护下加热升
温至900～1000℃，保温烧结反应1～2h，烧结结束后得到预 制钝化剂；

[0021] (4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和浓度为106cfu/mL的 枯草芽孢杆菌菌悬液混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混 合1～2h，得到含菌
胶黏剂；

[0022] (5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝 化剂按质量比为1:3混合后，用搅拌器以100～200r/min的转速搅拌混合1～2h， 搅拌混合结束后，
制成直径为3～5mm的球形颗粒并真空干燥，最终制得生物 质长效重金属钝化剂。

[0023] 借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

[0024] (1)本发明首先以富含糖分的甘蔗为原料，榨汁得到甘蔗汁，再将甘蔗汁 浓缩，得到浓缩糖浆，接着再将玉米淀粉和浓缩糖浆混合制得生物质糖胶黏剂， 接着本发明以稻壳
为原料，将其烧结后和碳酸钙混合反应制得预制钝化剂，随 后再将生物质糖胶黏剂和枯草
芽孢杆菌混合得到含菌胶黏剂，最后利用含菌胶 黏剂将预制钝化剂粘合造粒，干燥后制得
生物质长效重金属钝化剂，本发明以 稻壳为原料，将其烧结制得稻壳灰，其中烧结得到稻
壳灰中富含二氧化硅和具 有巨大表面积的生物炭成分，将得到的稻壳灰和碳酸钙混合高
温反应，其中碳 酸钙先受热反应生成氧化钙，产生的氧化钙再和二氧化硅反应生成硅酸
钙，从 而得到富含硅酸钙和生物质炭的预制钝化剂，预制钝化剂中的生物质炭具有极 强
的吸附性，可以通过物理吸附固着土壤中的重金属离子，而硅酸钙为硅酸盐， 硅酸盐会在
土壤中水解，释放出硅酸根离子，而后硅酸根离子与土壤中的金属 离子作用，生成溶解度
极低的金属硅酸盐，从而达到固定钝化重金属的目的， 而且土壤重金属能够刺激植物积累
活性氧类物质进而抑制植物光合作用，而硅 酸盐钝化剂则可以促使植物产生激素，在根部
表面和细胞壁内产生沉淀以缓解 重金属对植物毒害，同时还可中和土壤酸性和增加土壤
肥力，从而实现钝化土 壤重金属、改良酸性土壤和促进作物增产的多重效果，赋予钝化剂
优异的钝化 效果；

[0025] (2)接着本发明以富含糖分的甘蔗为原料，榨汁得到甘蔗汁，再将甘蔗汁 浓缩，得到浓缩糖浆，接着再将玉米淀粉和浓缩糖浆混合制得生物质糖胶黏剂， 再将生物质糖胶黏
剂和枯草芽孢杆菌混合得到含菌胶黏剂，本发明制得的胶黏 剂中富含糖类物质以及能够
利用糖类实现三羧酸循环的好氧菌，利用此胶黏剂 粘合预制钝化剂并造粒乘球形，在钝化
剂使用时，胶黏剂中的好氧菌取食生物 质糖，进行三羧酸循环并产生柠檬酸等有机羧酸，
一方面产生的有机羧酸带有 螯合性羧基基团，能够螯合屏蔽土壤中的重金属离子，提高钝
化效果，另一方 面，随着球形钝化剂表层钝化饱和后，生物质糖胶黏剂也被微生物消耗掉
部分， 因此粘性降低，导致外层饱和的钝化层脱落，从而暴露出内部新的钝化层，继 续起
到钝化重金属的作用，如此实现自更新进而延长钝化剂的作用时效，使得 钝化剂具有长效
作用。

[0026] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明 如后。

具体实施方式

[0027] 下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0028] (1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁， 过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，在50～60℃ 下旋蒸浓缩1～2h
后，得到浓缩糖浆，备用；

[0029] (2)生物质糖胶黏剂的制备：按质量比为1:5：8将玉米淀粉和上述浓缩 糖浆以及去离子水混合后装入烧杯中，用搅拌器以200～300r/min的转速搅拌 10～15min后，再用旋
转蒸发仪在70～80℃下旋蒸浓缩30～40min后得到生物 质糖胶黏剂，备用；

[0030] (3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产 生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙按质量比为1:1混合后装入电阻炉中，在 氩气保护下加热升
温至900～1000℃，保温烧结反应1～2h，烧结结束后得到预 制钝化剂；

[0031] (4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和浓度为106cfu/mL的 枯草芽孢杆菌菌悬液混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混 合1～2h，得到含菌
胶黏剂；

[0032] (5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝 化剂按质量比为1:3混合后，用搅拌器以100～200r/min的转速搅拌混合1～2h， 搅拌混合结束后，
制成直径为3～5mm的球形颗粒并真空干燥，最终制得生物 质长效重金属钝化剂。

[0033] 实例1

[0034] (1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁， 过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，在50℃下 旋蒸浓缩1h后，得到
浓缩糖浆，备用；

[0035] (2)生物质糖胶黏剂的制备：按质量比为1:5：8将玉米淀粉和上述浓缩 糖浆以及去离子水混合后装入烧杯中，用搅拌器以200r/min的转速搅拌10min 后，再用旋转蒸发仪
在70℃下旋蒸浓缩30min后得到生物质糖胶黏剂，备用；

[0036] (3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产 生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙按质量比为1:1混合后装入电阻炉中，在 氩气保护下加热升
温至900℃，保温烧结反应1h，烧结结束后得到预制钝化剂；

[0037] (4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和浓度为106cfu/mL的 枯草芽孢杆菌菌悬液混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混 合1h，得到含菌胶
黏剂；

[0038] (5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝 化剂按质量比为1:3混合后，用搅拌器以100r/min的转速搅拌混合1h，搅拌混 合结束后，制成直径
为3mm的球形颗粒并真空干燥，最终制得生物质长效重金 属钝化剂。

[0039] 实例2

[0040] (1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁， 过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，在55℃下 旋蒸浓缩2h后，得到
浓缩糖浆，备用；

[0041] (2)生物质糖胶黏剂的制备：按质量比为1:5：8将玉米淀粉和上述浓缩 糖浆以及去离子水混合后装入烧杯中，用搅拌器以250r/min的转速搅拌13min 后，再用旋转蒸发仪
在75℃下旋蒸浓缩35min后得到生物质糖胶黏剂，备用；

[0042] (3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产 生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙按质量比为1:1混合后装入电阻炉中，在 氩气保护下加热升
温至950℃，保温烧结反应1h，烧结结束后得到预制钝化剂；

[0043] (4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和浓度为106cfu/mL的 枯草芽孢杆菌菌悬液混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混 合2h，得到含菌胶
黏剂；

[0044] (5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝 化剂按质量比为1:3混合后，用搅拌器以150r/min的转速搅拌混合1h，搅拌混 合结束后，制成直径
为4mm的球形颗粒并真空干燥，最终制得生物质长效重金 属钝化剂。

[0045] 实例3

[0046] (1)浓缩糖浆的制备：称取甘蔗放入粉碎机中粉碎后用榨汁机进行榨汁， 过滤分离去除滤渣，得到甘蔗汁，将得到甘蔗汁放入旋转蒸发仪中，在55℃下 旋蒸浓缩1h后，得到
浓缩糖浆，备用；

[0047] (2)生物质糖胶黏剂的制备：按质量比为1:5：8将玉米淀粉和上述浓缩 糖浆以及去离子水混合后装入烧杯中，用搅拌器以250r/min的转速搅拌13min 后，再用旋转蒸发仪
在75℃下旋蒸浓缩35min后得到生物质糖胶黏剂，备用；

[0048] (3)预制钝化剂的制备：称取稻壳放入烧结炉中进行烧结，收集烧结后产 生的稻壳灰，将得到稻壳灰和碳酸钙按质量比为1:1混合后装入电阻炉中，在 氩气保护下加热升
温至950℃，保温烧结反应2h，烧结结束后得到预制钝化剂；

[0049] (4)含菌胶黏剂的制备：将备用的生物质糖胶黏剂和浓度为106cfu/mL的 枯草芽孢杆菌菌悬液混合后放入烧杯中，再将烧杯放置在摇床上，摇床震荡混 合1h，得到含菌胶
黏剂；

[0050] (5)生物质长效重金属钝化剂的制备：将上述制得的含菌胶黏剂和预制钝 化剂按质量比为1:3混合后，用搅拌器以150r/min的转速搅拌混合2h，搅拌混 合结束后，制成直径
为4mm的球形颗粒并真空干燥，最终制得生物质长效重金 属钝化剂。

[0051] 对照例

[0052] 对照例1：制备方法和本申请实例1的制备方法类似，唯有不同的是不向 生物质糖胶黏剂中添加枯草芽孢杆菌；

[0053] 对照例2：制备方法和本申请实例1的制备方法类似，唯有不同的用酚醛 树脂胶黏剂代替本发明的含菌胶黏剂；

[0054] 分别对本发明的实例1‑3和对照例1、2进行土壤重金属钝化效果检测，检 测结果如表1所示：

[0055] 检测方法：配置含有可交换态重金属离子含量为0.25mg/kg的土壤样品， 将本发明实施例和对照例制得的钝化剂分别和土壤样品按质量比为1:40混合 后，分别静置反应
1、6、12个月后，测量土壤样品中可交换态重金属离子的减 少率；

[0056] 可交换态重金属离子的减少率(％)＝(原土壤样品中可交换态重金属离子 含量‑施加土壤钝化剂一个月后土壤样品中可交换态重金属离子含量)/原土壤样 品中可交换态
重金属离子含量；

[0057] 可交换态重金属离子的减少率越高则土壤重金属离子的钝化效果越好。

[0058] 表1：性能检测结果

[0059]

[0060]

[0061] 由上表中检测数据可以看出，由于对照例1中没有向生物质糖胶黏剂中添 加枯草芽孢杆菌，因此对照例1的重金属钝化效果变差，并且不能保持长效钝 化作用，由此可见，
枯草芽孢杆菌的加入不仅提高了本发明钝化剂的钝化效果， 也提高了本发明的长效钝化
能力，由于对照例2中没有采用本发明的含菌胶黏 剂，因此对照例2的重金属钝化效果变的
更差，并且也不能保持长效钝化作用， 由此可见，本发明含菌胶黏剂的加入不仅提高了本
发明钝化剂的钝化效果，也 提高了本发明的长效钝化能力，具有广阔的应用前景。