一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料的製作方法
2024-04-09 08:39:05
本發明涉及肥料技術領域，具體涉及一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料。
背景技術：
隨著經濟的快速發展和工業技術的進步，工、農業生產對環境的不良影響不斷加劇，由於固體廢物不斷向土壤表面堆放和傾倒，有害廢水不斷向土壤中滲透，大氣中的有害氣體及飄塵也不斷隨雨水降落在土壤中，導致了土壤汙染，不僅降低了農作物的產量和質量，也間接危害的人體健康。其中，重金屬鉻作為一種工業原材料，在其長期的生產和應用中，會對土壤環境造成一定的影響，土壤中的鉻主要以三價和六價的形式存在，三價鉻毒性較低90％的三價鉻以氫氧化物的形式附著於土壤組分中，不易遷移，而六價鉻毒性相對較大，且具有較高的活性，更易在土壤及其孔隙水中進行遷移，因此鉻汙染土壤的穩定化處理關鍵在於將六價鉻還原為三價鉻.研究表明，亞鐵、硫化物以及一些有機絡合物均可以有效應用於六價鉻的處理中，然而，土壤中各種形態的鉻可以在一定條件下相互轉化，尤其在氧化條件下pH為6.5～8.5時，三價鉻可以部分轉化為六價鉻，因此，在鉻汙染土壤的修復中，六價鉻能否穩定於土壤中，且保持不在長期自然條件下析出，是目前研究的熱點。
自作物開始施用化肥以來，其中含有豐富的N、P、K等營養元素，如磷酸脲、尿素磷酸脲、硝酸磷酸脲、磷酸脲鉀等，對作物增產效果顯著，但是由於汙染源的排放，環境的惡化，使得土壤重金屬含量超標，對土壤的汙染日益嚴重，極大的降低了作物對肥料的吸收利用，降低了肥料的利用率，同時，在重金屬汙染下種植的作物，存在極大的食用安全性，因此，在高效、快捷發展的當下，研發一種營養豐富，既包含作物生長必須的營養物質外，還能對土壤重金屬進行有效的修復的肥料，是目前農業發展的趨勢，既能種植出健康、安全性高的作物，同時，還能對土壤進行優良的改性，減少汙染，實現豐產和除重金屬的雙重效益，已經成為目前種植業和肥料業的研究的重點，為此，本發明人針對鉻汙染土壤提供了具有豐產、降低鉻含量的多功能的肥料，具有極高的經濟意義和社會意義，為土壤汙染的修復和重金屬的處理領域提供一種有效途徑。
技術實現要素：
本發明為解決上述技術問題，提供了一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料。
具體是通過以下技術方案來實現的：
一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素25～30、磷酸脲25～30、硝酸鈉10～15、氯化鉀25～30、硫酸鈉10～15、凹凸棒土12～16、海藻酸鈉10～15、腐殖土8～13、草酸5～9、鐵提取液15～20、改性硫酸亞鐵10～15、改性玉米芯20～25。
優選地，由以下按重量份計的原料組成：尿素28、磷酸脲28、硝酸鈉13、氯化鉀28、硫酸鈉13、凹凸棒土14、海藻酸鈉13、腐殖土11、草酸7、鐵提取液18、改性硫酸亞鐵13、改性玉米芯23。
進一步，所述的鐵提取液，是將黑木耳和苔菜按1∶1.5～2的質量比混合，搗碎10～12min，加入80～85％的乙醇浸提13～14h，減壓回收乙醇，再加入石油醚，浸提6～8h，回收石油醚，過濾，取濾液，加入2.5～3mol/L的氫氧化鈉調節PH值為9～11，5～7℃下靜置15～20min，加入濾液質量的4～5％的沸石粉，60～70℃下攪拌1～1.5h，在800～900r/min的轉速下離心15～20min，取上清液，加入檸檬酸調節PH值為2～3，過濾取濾液，即可。
進一步，所述的改性硫酸亞鐵，製備方法，是將硫酸亞鐵和酒石酸按1∶2～3的質量比混合，在15～20℃下浸泡13～15h，過濾，將濾渣加熱至85～90℃，加入濾渣質量的40～50％的沒食子酸，拌勻，冷卻，粉碎即可。
進一步，整個改性硫酸亞鐵的製備過程，是在真空條件下進行，壓力值為0.12～0.15MPa。
進一步，所述的改性玉米芯，製備方法包括以下步驟：
(1)收集玉米芯，烘乾至含水量為6～8％，粉碎過80～100目篩，加入濃度為65～70％乙醇，加入量是玉米芯質量的1.5～2倍，磁力攪拌器在50～55℃下攪拌25～30min，過濾，烘乾得玉米芯微粉；
(2)將玉米芯微粉和澱粉按1∶0.12～0.15的質量比混合，加水攪拌，在200～250KHz的頻率下超聲處理10min，500～600r/min的轉速下離心25～30min，過濾取沉澱，與1.2～1.3mol/L的草酸溶液按1∶1.5～2的質量比混合，恆溫80℃下，磁力攪拌器攪拌40～45min，550r/min的轉速下離心18min，過濾，即得改性玉米芯。
進一步，所述的減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，製備方法為，按配方稱取原料，40～50KHz的頻率下超聲處理25～30min，再將原料平鋪在振動篩上，以60～70次/min的頻率振動15～20min，放入造粒機進行造粒即可。
綜上所述，本發明的有益效果在於：本肥料營養豐富，含有作物必需的多種大量元素和微量營養元素，氮、磷、鉀總養分≥62.3％，富含多種營養元素，同時，通過鐵提取液、改性硫酸亞鐵、改性玉米芯的加入，本發明能有效降低土壤中金屬離子的活性，改變重金屬在土壤中的形態，將土壤中的重金屬從有效態變為土壤和/或作物難以吸收的無效態，減少作物對重金屬的吸收，從而達到修復土壤重金屬汙染，降低作物體內重金屬含量的目的，將六價態鉻離子還原為三價態鉻離子，進一步形成Cr(OH)3沉澱或FexCr1-x(OH)3沉澱，固化鉻元素，避免三價態鉻的氧化，減少六價態鉻的富集，以有效態轉變為無效態的轉變率為土壤修復的評判指標，本發明對土壤鉻金屬的轉化率達到91.4％以上，本發明的肥料不僅重金屬修復效果顯著，還具有豐富的營養，有效促進作物的生長，以玉米為例，畝產量相對於對照組，可增產9.1～10.3％，玉米中的鉻含量均已達到國家對玉米鉻含量的要求的標準，≤1.0mg/kg的標準，保證了玉米的食用安全性，實現豐產和修復土壤重金屬的雙重效益。
其中，通過鐵提取液、改性硫酸亞鐵、改性玉米芯的加入，增強肥料的還原性，有效的將六價態的鉻還原成三價態的鉻，且極易形成沉澱固化，同時，通過鐵提取液的加入，能與六價鉻形成拮抗作用來減少鉻在土壤中的可交換態，抑制植物對鉻的吸收，將作物中鉻含量降到最低，另外，用草酸和澱粉對玉米芯進行改性，有效激活玉米芯表面的與重金屬鉻離子絡合的活性官能團，改善孔結構，增大玉米芯表面的比表面積，增加活性官能團的數量，有效提升玉米芯的吸附能力，減少土壤中的有效態鉻的含量。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，但本發明並不局限於這些實施方式，任何在本實施例基本精神上的改進或代替，仍屬於本發明權利要求所要求保護的範圍。
實施例1
一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素25kg、磷酸脲25kg、硝酸鈉10kg、氯化鉀25kg、硫酸鈉10kg、凹凸棒土12kg、海藻酸鈉10kg、腐殖土8kg、草酸5kg、鐵提取液15kg、改性硫酸亞鐵10kg、改性玉米芯20kg。
所述的鐵提取液，是將黑木耳和苔菜按1∶1.5的質量比混合，搗碎10min，加入80％的乙醇浸提13h，減壓回收乙醇，再加入石油醚，浸提6h，回收石油醚，過濾，取濾液，加入2.5mol/L的氫氧化鈉調節PH值為9，5℃下靜置15min，加入濾液質量的4％的沸石粉，60℃下攪拌1h，在800r/min的轉速下離心15min，取上清液，加入檸檬酸調節PH值為2，過濾取濾液，即可。
所述的改性硫酸亞鐵，製備方法，是將硫酸亞鐵和酒石酸按1∶2的質量比混合，在15℃下浸泡13h，過濾，將濾渣加熱至85℃，加入濾渣質量的40％的沒食子酸，拌勻，冷卻，粉碎即可。
整個改性硫酸亞鐵的製備過程，是在真空條件下進行，壓力值為0.12MPa。
所述的改性玉米芯，製備方法包括以下步驟：
(1)收集玉米芯，烘乾至含水量為6％，粉碎過80目篩，加入濃度為65％乙醇，加入量是玉米芯質量的1.5倍，磁力攪拌器在50℃下攪拌25min，過濾，烘乾得玉米芯微粉；
(2)將玉米芯微粉和澱粉按1∶0.12的質量比混合，加水攪拌，在200KHz的頻率下超聲處理10min，500r/min的轉速下離心25min，過濾取沉澱，與1.2mol/L的草酸溶液按1∶1.5的質量比混合，恆溫80℃下，磁力攪拌器攪拌40～45min，550r/min的轉速下離心18min，過濾，即得改性玉米芯。
所述的減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，製備方法為，按配方稱取原料，40KHz的頻率下超聲處理25min，再將原料平鋪在振動篩上，以60次/min的頻率振動15min，放入造粒機進行造粒即可。
實施例2
一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素30kg、磷酸脲30kg、硝酸鈉15kg、氯化鉀30kg、硫酸鈉15kg、凹凸棒土16kg、海藻酸鈉15kg、腐殖土13kg、草酸9kg、鐵提取液20kg、改性硫酸亞鐵15kg、改性玉米芯25kg。
所述的鐵提取液，是將黑木耳和苔菜按1∶2的質量比混合，搗碎12min，加入85％的乙醇浸提14h，減壓回收乙醇，再加入石油醚，浸提8h，回收石油醚，過濾，取濾液，加入3mol/L的氫氧化鈉調節PH值為11，7℃下靜置20min，加入濾液質量的5％的沸石粉，70℃下攪拌1.5h，在900r/min的轉速下離心20min，取上清液，加入檸檬酸調節PH值為3，過濾取濾液，即可。
所述的改性硫酸亞鐵，製備方法，是將硫酸亞鐵和酒石酸按1∶3的質量比混合，在20℃下浸泡15h，過濾，將濾渣加熱至90℃，加入濾渣質量的50％的沒食子酸，拌勻，冷卻，粉碎即可。
整個改性硫酸亞鐵的製備過程，是在真空條件下進行，壓力值為0.15MPa。
所述的改性玉米芯，製備方法包括以下步驟：
(1)收集玉米芯，烘乾至含水量為8％，粉碎過100目篩，加入濃度為70％乙醇，加入量是玉米芯質量的2倍，磁力攪拌器在55℃下攪拌30min，過濾，烘乾得玉米芯微粉；
(2)將玉米芯微粉和澱粉按1∶0.15的質量比混合，加水攪拌，在250KHz的頻率下超聲處理10min，600r/min的轉速下離心30min，過濾取沉澱，與1.3mol/L的草酸溶液按1∶2的質量比混合，恆溫80℃下，磁力攪拌器攪拌45min，550r/min的轉速下離心18min，過濾，即得改性玉米芯。
所述的減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，製備方法為，按配方稱取原料，50KHz的頻率下超聲處理30min，再將原料平鋪在振動篩上，以70次/min的頻率振動20min，放入造粒機進行造粒即可。
實施例3
一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素28kg、磷酸脲28kg、硝酸鈉13kg、氯化鉀28kg、硫酸鈉13kg、凹凸棒土14kg、海藻酸鈉13kg、腐殖土11kg、草酸7kg、鐵提取液18kg、改性硫酸亞鐵13kg、改性玉米芯23kg。
所述的鐵提取液，是將黑木耳和苔菜按1∶1.8的質量比混合，搗碎11min，加入83％的乙醇浸提13.5h，減壓回收乙醇，再加入石油醚，浸提7h，回收石油醚，過濾，取濾液，加入2.8mol/L的氫氧化鈉調節PH值為10，6℃下靜置18min，加入濾液質量的4.5％的沸石粉，65℃下攪拌1.3h，在850r/min的轉速下離心18min，取上清液，加入檸檬酸調節PH值為2.5，過濾取濾液，即可。
所述的改性硫酸亞鐵，製備方法，是將硫酸亞鐵和酒石酸按1∶2.5的質量比混合，在18℃下浸泡14h，過濾，將濾渣加熱至88℃，加入濾渣質量的45％的沒食子酸，拌勻，冷卻，粉碎即可。
整個改性硫酸亞鐵的製備過程，是在真空條件下進行，壓力值為0.13MPa。
所述的改性玉米芯，製備方法包括以下步驟：
(1)收集玉米芯，烘乾至含水量為7％，粉碎過90目篩，加入濃度為68％乙醇，加入量是玉米芯質量的1.8倍，磁力攪拌器在53℃下攪拌28min，過濾，烘乾得玉米芯微粉；
(2)將玉米芯微粉和澱粉按1∶0.13的質量比混合，加水攪拌，在230KHz的頻率下超聲處理10min，550r/min的轉速下離心28min，過濾取沉澱，與1.25mol/L的草酸溶液按1∶1.8的質量比混合，恆溫80℃下，磁力攪拌器攪拌43min，550r/min的轉速下離心18min，過濾，即得改性玉米芯。
所述的減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，製備方法為，按配方稱取原料，45KHz的頻率下超聲處理28min，再將原料平鋪在振動篩上，以65次/min的頻率振動18min，放入造粒機進行造粒即可。
實施例4
一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素25kg、磷酸脲25kg、硝酸鈉15kg、氯化鉀30kg、硫酸鈉10kg、凹凸棒土12kg、海藻酸鈉15kg、腐殖土13kg、草酸5kg、鐵提取液15kg、改性硫酸亞鐵15kg、改性玉米芯20kg。
所述的鐵提取液，是將黑木耳和苔菜按1∶2的質量比混合，搗碎12min，加入80％的乙醇浸提13h，減壓回收乙醇，再加入石油醚，浸提6h，回收石油醚，過濾，取濾液，加入2.5mol/L的氫氧化鈉調節PH值為9，7℃下靜置20min，加入濾液質量的5％的沸石粉，70℃下攪拌1h，在800r/min的轉速下離心20min，取上清液，加入檸檬酸調節PH值為2，過濾取濾液，即可。
所述的改性硫酸亞鐵，製備方法，是將硫酸亞鐵和酒石酸按1∶2的質量比混合，在20℃下浸泡13h，過濾，將濾渣加熱至90℃，加入濾渣質量的50％的沒食子酸，拌勻，冷卻，粉碎即可。
整個改性硫酸亞鐵的製備過程，是在真空條件下進行，壓力值為0.15MPa。
所述的改性玉米芯，製備方法包括以下步驟：
(1)收集玉米芯，烘乾至含水量為8％，粉碎過100目篩，加入濃度為70％乙醇，加入量是玉米芯質量的1.5倍，磁力攪拌器在50℃下攪拌25min，過濾，烘乾得玉米芯微粉；
(2)將玉米芯微粉和澱粉按1∶0.12的質量比混合，加水攪拌，在250KHz的頻率下超聲處理10min，500r/min的轉速下離心30min，過濾取沉澱，與1.2mol/L的草酸溶液按1∶1.5的質量比混合，恆溫80℃下，磁力攪拌器攪拌40min，550r/min的轉速下離心18min，過濾，即得改性玉米芯。
所述的減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，製備方法為，按配方稱取原料，40KHz的頻率下超聲處理25min，再將原料平鋪在振動篩上，以70次/min的頻率振動20min，放入造粒機進行造粒即可。
實施例5
一種減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，由以下按重量份計的原料組成：尿素25kg、磷酸脲30kg、硝酸鈉10kg、氯化鉀30kg、硫酸鈉10kg、凹凸棒土16kg、海藻酸鈉10kg、腐殖土13kg、草酸5kg、鐵提取液20kg、改性硫酸亞鐵15kg、改性玉米芯25kg。
所述的鐵提取液，是將黑木耳和苔菜按1∶1.8的質量比混合，搗碎12min，加入80％的乙醇浸提14h，減壓回收乙醇，再加入石油醚，浸提6h，回收石油醚，過濾，取濾液，加入3mol/L的氫氧化鈉調節PH值為9，5℃下靜置15min，加入濾液質量的5％的沸石粉，70℃下攪拌1h，在900r/min的轉速下離心20min，取上清液，加入檸檬酸調節PH值為3，過濾取濾液，即可。
所述的改性硫酸亞鐵，製備方法，是將硫酸亞鐵和酒石酸按1∶2的質量比混合，在20℃下浸泡13h，過濾，將濾渣加熱至85℃，加入濾渣質量的50％的沒食子酸，拌勻，冷卻，粉碎即可。
整個改性硫酸亞鐵的製備過程，是在真空條件下進行，壓力值為0.12MPa。
所述的改性玉米芯，製備方法包括以下步驟：
(1)收集玉米芯，烘乾至含水量為8％，粉碎過100目篩，加入濃度為65％乙醇，加入量是玉米芯質量的1.5倍，磁力攪拌器在50℃下攪拌25min，過濾，烘乾得玉米芯微粉；
(2)將玉米芯微粉和澱粉按1∶0.15的質量比混合，加水攪拌，在200KHz的頻率下超聲處理10min，600r/min的轉速下離心30min，過濾取沉澱，與1.2mol/L的草酸溶液按1∶2的質量比混合，恆溫80℃下，磁力攪拌器攪拌40min，550r/min的轉速下離心18min，過濾，即得改性玉米芯。
所述的減緩土壤的鉻汙染的功能性肥料，製備方法為，按配方稱取原料，50KHz的頻率下超聲處理25min，再將原料平鋪在振動篩上，以60次/min的頻率振動15min，放入造粒機進行造粒即可。
實驗例
為了進一步說明本發明的應用價值，發明人選取了6塊鉻汙染的玉米試驗田，其中一塊在種植玉米期間使用普通肥料作為對照組，另5塊分別使用本發明實施例1～5的肥料作為實驗組，種植期間對土壤採樣分析，結合玉米產量進行統計，6塊地的六價鉻含量平均值在965.3mg/kg，並對6塊地產的玉米的六價鉻含量進行測定，結果如表1所示：
表1
說明：本發明能有效降低土壤中金屬離子的活性，改變重金屬在土壤中的形態，將土壤中的重金屬從有效態變為土壤和/或作物難以吸收的無效態，減少作物對重金屬的吸收，從而達到修復土壤重金屬汙染，降低作物體內重金屬含量的目的，以有效態轉變為無效態的轉變率為土壤修復的評判指標，本發明對土壤鉻金屬的轉化率達到91.4％以上，本發明的肥料不僅重金屬修復效果顯著，還具有豐富的營養，有效促進作物的生長，以玉米為例，畝產量相對於對照組，可增產9.1～10.3％，玉米中的鉻含量均已達到國家對玉米鉻含量的要求的標準，≤1.0mg/kg的標準，保證了玉米的食用安全性，實現豐產和修復土壤重金屬的雙重效益。