[0001] 本发明涉及土壤重金属污染治理技术领域，具体涉及一种生物炭与粉煤灰混合负载纳米羟基磷灰石土壤重金属钝化材料及其制备方法和应用。

[0002] 近年来，随着中国工农业的迅速发展，交通运输、农业活动、工业生产等众多领域产生了大量的重金属污染物。土壤中的重金属污染问题尤为突出，它不仅可能会影响到农作物种植的产量和质量，甚至会由于人类的食入而进一步威胁到人类身体健康。因此，解决土壤中重金属的污染问题已经是世界范围的研究热点之一。

[0003] 目前的重金属污染土壤修复技术主要包括物理修复、生物修复和化学修复。物理修复方法工程量较大，成本较高，且在修复过程中容易破坏土壤原有结构。生物修复法修复周期长，微生物易发生变异而不易控制，而且它一般只适用于修复污染情况较轻的土壤。化学修复法通常有化学淋洗、化学钝化修复等修复方法，它具有修复速度快、治理效果好、可控性强、适用于重度污染土壤等优点。

[0004] 在化学修复技术中，原位钝化方法是通过向土壤中添加钝化剂而降低重金属活性，进而降低重金属生物有效性和迁移性的方法。此方法有成本较低、操作简单、不会破坏土壤结构、不会造成次生污染等优点，被认为是一种高效的土壤重金属治理方法。常用的土壤重金属钝化材料有石灰、有机质、沸石、磷酸盐和硅酸盐类化合物等，以前的研究大部分是直接施用原始钝化材料，而未对钝化材料进行性能提升处理。

[0005] 因此，如何通过对钝化材料进行改性，提升和强化它们的钝化能力，进而得到更好的修复效果，仍是需要深入研究的问题。这样的研究将有助于开发更有效的重金属污染土壤修复技术，为环境保护和人类健康提供可持续的解决方案。

[0024] 下面对本发明做进一步详细描述：

[0025] 本发明提供一种土壤重金属钝化材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0026] 步骤一：将纳米羟基磷灰石投加到去离子水中，纳米羟基磷灰石与去离子水的固液比(g:mL)为1：10～1:30，超声时间6h～18h；

[0027] 步骤二：将生物炭与粉煤灰混合物投加到纳米羟基磷灰石分散液中，生物炭与粉煤灰的质量比(g:g)1:1～1:1.5，纳米羟基磷灰石比生物炭和粉煤灰混合物的质量比为1:3～1:10，搅拌时间6h～24h，使生物炭与粉煤灰均匀地分散在纳米羟基磷灰石分散液中，保证纳米羟基磷灰石与生物炭和粉煤灰的充分作用及均匀负载；然后抽滤5min～10min，以滤去水分，得到负载纳米羟基磷灰石的生物炭与粉煤灰复合材料固体；对于得到的复合材料固体在60℃～100℃条件下，烘干18h～36h，以除去材料中的水分；然后，对于完全干燥的复合材料进行热解处理以增大材料的空隙、比表面及总孔体积，热解温度350℃～550℃，热解时间2h～4h，得到所述土壤重金属钝化材料。

[0028] 本发明还提供如上述制备方法所制得的土壤重金属钝化材料。

[0029] 本发明也提供该土壤钝化材料在污染土壤中重金属修复上的应用，使用时，将污染土壤、水以及土壤钝化材料混合均匀得到混合物，使得混合物中的固体含量为85％～95％，且固体中土壤钝化材料的质量分数为1％～15％，然后养护60天～90天，以去除污染土壤中的重金属，所述重金属为铅。

[0030] 下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

[0031] 实施例1

[0032] 一种土壤重金属钝化材料的制备方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤一：将纳米羟基磷灰石投加到去离子水中，纳米羟基磷灰石与去离子水的固液比(g:L)为1：10，超声时间6h；

[0034] 步骤二：将生物炭与粉煤灰混合物投加到纳米羟基磷灰石分散液中，生物炭与粉煤灰的质量比(g:g)1:1，纳米羟基磷灰石比生物炭和粉煤灰混合物的质量比为1:5，搅拌时间6h，抽滤，烘干，热解，抽滤5min，干燥温度为60℃，干燥时间为36h，热解温度400℃，热解时间4h，得到所述土壤重金属钝化材料。

[0035] 实施例2

[0036] 一种土壤重金属钝化材料的制备方法，包括以下步骤：

[0037] 步骤一：将纳米羟基磷灰石投加到去离子水中，纳米羟基磷灰石与去离子水的固液比(g:L)为1：20，超声时间12h；

[0038] 步骤二：将生物炭与粉煤灰混合物投加到纳米羟基磷灰石分散液中，生物炭与粉煤灰的质量比(g:g)1:1.5，纳米羟基磷灰石比生物炭和粉煤灰混合物的质量比为1:10，搅拌时间18h，抽滤，烘干，热解，抽滤10min，干燥温度为100℃，干燥时间为24h，热解温度550℃，热解时间4h，得到所述土壤重金属钝化材料。

[0039] 将实施例1制备的土壤重金属钝化材料用于污染土壤中Pb的钝化，具体方案如下所示：应用例

[0040] 取适量硝酸铅和去离子水，制成硝酸铅溶液，使用喷壶将Pb溶液喷洒到10kg供试‑1土壤中，同时边喷边搅拌，使Pb浓度达到1400mg·kg 。进行为期3个月的老化，保持土壤最大持水量为70％。在室温下风干，过20目筛，用分析天平称取每份100g镉污染土壤置于
250mL广口瓶中，分别添加按照干质量比1％、3％、5％、10％的土壤重金属钝化材料，加入超纯水浸没，搅拌0.5h使其混合均匀，定期添加超纯水并保持土壤最大持水量为70％。设置三组平行实验，进行为期60天的钝化。对钝化后的土壤进行Pb形态分析，结果如图1所示。

[0041] 图1显示，土壤重金属钝化材料可降低土壤中潜在迁移形式Pb的含量(弱酸提取态、可还原态和可氧化态Pb含量之和)，对污染土壤中的Pb有一定的钝化效果。土壤重金属钝化材料的添加量越大，其钝化效率越高。不同添加量的土壤重金属钝化材料对土壤中Pb的钝化作用主要是改变土壤中Pb的赋存形态，如图1；从图1可以看出，与对照相比，弱酸可提取态Pb含量降低11％～19％，可氧化态Pb增加5％～7％、可还原态Pb降低5％～44％、残渣态Pb含量增加14％～46％，有效降低了土壤中Pb的迁移能力。

[0042] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。