CN102550603B

CN102550603B - 一种环境修复用矿物质浓缩液的提取方法及其应用

Info

Publication number: CN102550603B
Application number: CN201010611989.1A
Authority: CN
Inventors: 齐藤尚秀; 王永川; 姚仲永
Original assignee: BEIJING SONGPU ECONOMIC AND TRADING DEVELOPMENT CORP
Current assignee: BEIJING SONGPU ECONOMIC AND TRADING DEVELOPMENT CORP
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102550603A

Abstract

一种矿物质浓缩液的提取方法及其应用，该提取方法包括以下步骤：1)将安山岩粉碎后干燥进行筛分，将5.5～7重量份的筛分后的安山岩粉末倒入7～14重量份的浓度为10～20wt％的稀硫酸中，搅匀后静置24h；2)向步骤1)得到的混合物中添加3.5～5重量份的柠檬酸，搅匀后静置24h；3)将步骤2)得到的混合物过滤，所得滤液即为矿物质浓缩液；4)向上述矿物质浓缩液中补充蒸馏水，混合均匀后倒入耐酸容器中避光保存。通过本发明的方法得到的矿物质浓缩液可用于堆肥和制作腐殖质、污水净化、农业和园林、消除不良气味及杀灭有害细菌等，对于多种被污染的环境进行有效修复，实现了环境矿物的净化功能，稳定可靠。

Description

一种环境修复用矿物质浓缩液的提取方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种环境修复用矿物质浓缩液的提取方法及其应用，属于环境矿物材料制造技术领域。

背景技术

20世纪80年代在研究水岩作用及表面矿物学与地球环境问题时诞生了环境地球化学，而环境矿物学则是20世纪90年代才出现的新学科。目前国际环境矿物学学术交流活动日益频繁，环境矿物学成为国际矿物学界中一个十分突出的重要议题。

环境矿物材料是指由矿物及其改性产物组成的与生态环境具有良好协调性或直接具有防治污染和修复环境功能的一类矿物材料。天然矿物对污染物的净化功能主要体现在环境矿物材料基本性能方面。类似于有机界生物处理方法，利用无机界天然矿物治理污染与修复环境的方法建立在充分利用自然规律的基础之上，体现了天然自净化作用的特色。天然自净化是大自然赋予人类与地球长久相互依存的一种潜在本能，只是在一定条件下这种自净化功能方可得到有效发挥和利用。实际上人们对自然界中存在的天然自净化作用早就有所认识，并已在污染治理与环境修复方面发挥着日益重要的作用。

但过去在认识、开发和利用天然自净化作用过程中，主要强调的是有机界生物，如微生物、细菌与水生植物等对各类污染物的净化功能，而对自然界中分布广泛的无机界天然矿物的净化功能尚未得到足够的重视。然而有机界生物与无机界矿物是构成整个自然界的共同物质组成，也就是说人们仅仅利用了大自然所赋予的自净化作用的一半功能。充分发挥有机界与无机界所共同拥有的自然界天然自净化作用，正是在污染治理与环境修复领域开发绿色环保技术的体现，更是完整地利用天然自净化功能的反映。

在我们所见环境污染的实例中，大多数是有机物的污染或由有机物活动所造成的污染。在我们的污染环境里基本都可以看见有机物活动踪迹，同时环境的净化和修复也是有机物的活动过程。从多方面激活污染环境有机物的活动，以实现环境的自我修复是环境矿物主要作用。天然矿物具有丰富的资源特质，为环境矿物材料的制造提供了多样的可能性。利用天然净化系统的自身作用，实现环境净化是我国所倡导的生态友好环境观念的体现。

发明内容

本发明要解决的问题是，通过从矿物中提取矿物质浓缩液催化自然界中存在的天然净化系统的有机界生物，如微生物、细菌、植物等环境净化的物质，对被污染的生态环境进行修复，以解决目前环境矿物方法修复环境面狭窄，作用对象单一的难题。

本发明的目的在于提供一种矿物质浓缩液的提取方法，从天然岩石中提取对有机界具有普遍作用效果的矿物质浓缩液，实现多种被污染的环境的修复。

本发明的另一目的在于提供所提取的矿物质浓缩液在环境修复中的应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种矿物质浓缩液的提取方法，该提取方法包括以下步骤：

1)把安山岩粉碎干燥后进行筛分，将5.5-7重量份的筛分后的安山岩粉末倒入7～14重量份的浓度为10～20wt％的稀硫酸中，搅匀后静置24h；

2)向步骤1)得到的混合物中添加3.5～5重量份的柠檬酸，搅匀后静置24h；

3)将步骤2)得到的混合物过滤，所得滤液即为矿物质浓缩液；

4)向上述矿物质浓缩液中补充蒸馏水，混合均匀后倒入耐酸容器中避光保存，其中矿物质浓缩液与蒸馏水的重量和为100重量份。

所述矿物质浓缩液中铁的含量为7000～17000ppm。

本发明得到的矿物质浓缩液中的铁具有可变电荷特性，通过改变该矿物质浓缩液的PH，可以形成非晶态的水合铁氧化物。当溶液的PH在3以下时，其中的铁为Fe³⁺的形式；PH在3～4时，其中的铁为Fe³⁺和Fe(OH)₂ ⁺的形式；PH在4～5为时，其中的铁为Fe³⁺、Fe(OH)²⁺和Fe(OH)₂ ⁺的形式；PH在5以上时，其中的铁为Fe(OH)²⁺、Fe(OH)₂ ⁺和Fe(OH)₃的形式。因此，当该矿物质浓缩液与具有不同PH的对象物接触时，其中铁离子的存在形式也发生相应的变化。

本发明采用安山岩为原料，优选采用玄武安山岩为原料，该原料中含有可防止铁离子结晶化的硅(Si)等元素，可以使所形成的水合铁氧化物较长时间保持非晶体状态。另外，本发明选择硫酸和柠檬酸为溶剂，其中的柠檬酸能与水合铁氧化物中的铁螯合，更能使水合铁氧化物能以非晶态的形式存在于硫酸与柠檬酸的混合溶液中。

当本发明得到的矿物质浓缩液与具有不同PH的物质接触时，可以形成一系列表面含有具有可变电荷特性的-OH键的非晶态水合氧化铁，比表面积可达到180～200m²/g，高分子直径可达到3～5nm。可变电荷特性使得非晶态水合氧化铁具有较强的受电、供电能力和配位结合能力，进而具有很强的催化能力，在修复环境方面具有广泛的应用前景。矿物质浓缩液中的非晶态水合氧化铁可吸附带正电荷的重金属，进行螯合、固定，并使之失去活性，因此可以用于堆肥和制作腐殖质，对被重金属污染的土壤进行净化、修复。

另外，矿物质浓缩液中的非晶态水合氧化铁具备与带有负电荷的有机化合物的官能团螯合的性质，并能催化有机化合物的分解，可通过对有机化合物的吸附分解，以及非活性化处理，与腐殖质形成水合氧化铁腐殖质复合体来高效地净化被有机化合物污染的土壤。

矿物质浓缩液形成水合氧化铁腐殖质复合体对被污染土壤的净化、修复效果，通过土壤的阳离子交换量(CEC)来评价，净化、修复后的土壤的阳离子交换容量在30meq以上，在50meq以上更好。

本发明得到的矿物质浓缩液还可以用于污水净化，其可变电荷特性使其可与污水中的有机化合物形成铁离子有机复合体，使一些毒性有机成分失去活性并沉淀下来。矿物质浓缩液可以在广泛的PH条件下生成非晶态水合氧化铁。其表面可以吸收和螯合多种有毒重金属，如镉、铜、铅、镍等，使上述有毒重金属失去活性，达到净化污水的效果。在实际应用时，根据污水的程度，矿物质浓缩液的加入量为污水重量的0.1～0.001％。

本发明采用安山岩为原料，安山岩中含有丰富的矿物质，通过本发明的方法得到的矿物质浓缩液中也含有丰富的矿物质离子成分，其中的铁、钙、钠、镁、锰、钛、磷、钾等离子作为金属辅酶，可促进微生物和酶的活性。特别是矿物质浓缩液中的铁离子，转变为细胞色素辅酶，控制腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)的电子传递，促进植物生长。所以本发明得到的矿物质浓缩液还可以用于农业和园林，应用时，将矿物质浓缩液按1/3000比例用水稀释，按照2L/m²的施用量喷洒在植物叶面或土壤浇水。

本发明得到的矿物质浓缩液还可以用于消除不良气味及杀灭有害细菌，应用时，将矿物质浓缩液按1/1000～1/5000比例用水稀释，喷洒在目标物之上。

本发明得到的矿物质浓缩液氧化能力强，可消除恶臭，抑制病原菌、腐败菌、病毒、细菌的繁殖，并且不杀灭有效菌，不会因为酸而导致生物体的细胞变异，与生物体具有较好的亲和性。

本发明的优点在于：

本发明的矿物质浓缩液的提取方法，利用从安山岩天然矿物中提取的矿物质浓缩液，该矿物质浓缩液在不同的条件下可以催化自然界中存在的天然净化系统的有机界生物，如微生物、细菌、植物等环境净化的物质，对多种被污染的生态环境进行修复，解决了目前环境矿物方法修复环境面狭窄，作用对象单一的难题。本发明的矿物质浓缩液的提取方法，原料来源丰富，操作简单，稳定可靠，应用广泛。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

环境矿物质浓缩液的制备

1)将安山岩粉碎干燥后进行筛分，将5.5重量份的筛分后的安山岩粉末倒入7重量份的浓度为20％的稀硫酸中，搅匀后静置24小时。

2)将步骤1)得到的混合物中添加3.5重量份的柠檬酸，搅匀后静置24小时。

3)将步骤2)得到的混合物过滤后所得到的15重量份液体，即为矿物质浓缩液。向所述矿物质浓缩液补充85重量份的蒸馏水，混合均匀后放入耐酸容器中避光保存。

实施例2

环境矿物质浓缩液用于制作超级腐殖质抑制土壤中重金属的溶出量

(1)把牛粪、稻草按重量比为1∶1的比例混合，向其中加入酵母和实例1制取的矿物质浓缩液，每1立方米的混合料加入200g酵母和30ml矿物质浓缩液，该矿物质浓缩液需经水稀释后加入混合料中，将混合料的含水量调整到60-65％，进行充分的搅拌混合。

(2)把喷洒矿物质液的至少10立方米的混合料，堆成高1.5m宽2.5m的堆，进行好氧发酵分解。经过三次发酵，约三个月时间。第一次发酵一个月时间，堆成后第3天温度会超过70℃，因此第5天需第1次翻堆，以后温度可达70-80℃，然后每7天左右翻一次堆。在这个过程中，由氨的气味转变为胺的气味，pH值超过8接近9，第4次翻堆结束后，温度自然下降。一次发酵后放置一个月完成二次发酵，在二次发酵4次翻堆过程中，再喷洒两次矿物质稀释液，进行水分调节。然后进入三次发酵(缩聚、高分子化)，时间为一个月，结束翻堆时，再喷洒一次矿物质稀释液，制作腐殖质和水合氧化铁的复合体-超级腐殖质。

(3)将超级腐殖质与土壤标准物质混合分别以重量比为2∶5和4∶5混合得到两个试验样品，将土壤标准物质及两个试验样品分别与水按重量体积比10％的比例混合，使用振动设备连续振动6小时后静置30分钟，然后以每分钟约3000转的速度离心分离20分钟后，取上面澄清液体，用孔径为0.45μm的滤膜过滤，得到检测液。用原子吸光法测定检测液中砷及镉的含量。结果如表1所示，当超级腐殖质与土壤标准物质以重量比为2∶5混合时，土壤中砷的溶出量由16.5μg降至8.61μg，减少了47.8％；当超级腐殖质与土壤标准物质的重量比增至4∶5时，土壤中砷的溶出量由16.5μg降至4.86μg，减少了70.5％；当超级腐殖质与土壤标准物质以重量比为2∶5混合时，土壤中镉的溶出量由21μg降至2.94μg，减少了86％；当超级腐殖质与土壤标准物质的重量比增至4∶5时，土壤中镉的溶出量由21μg降至0.81μg，减少了96.1％。可以看出随着超级腐殖质添加量的增加，对土壤中重金属砷和镉溶出的抑制作用明显增强。如果进一步增加腐殖质的添加量，有望完全抑制土壤中重金属砷和镉的溶出。

表1

	砷(μg)	镉(μg)
			土壤标准物质15g	16.5	21
土壤标准物质15g+超级腐殖质6g	8.61	2.94
			土壤标准物质15g+超级腐殖质12g	4.86	0.81

实施例3

矿物质浓缩液用于生活污泥除重金属腐质化试验

(1)将污泥、稻草按体积比为1∶3的比例混合，该污泥中铅及其化合物的含量为0.11mg/L、砷及其化合物的含量为0.015mg/L，向每1立方米的混合料中加入200g酵母和30ml实施例1的矿物质浓缩液，该矿物质浓缩液需经水稀释后加入，将混合料的含水量调整到60％，进行充分的搅拌混合。

(2)将至少10立方米(保持温度)喷洒了矿物质液的混合料，堆成高1.5m宽2.5m的堆，进行好氧发酵分解。经过三次发酵，约三个月时间。第一次发酵一个月时间，堆成后第3天温度会超过70℃，因此第5天需要第1次翻堆，以后温度可达70-80℃，然后每5天左右翻一次堆。在这个过程中有氨的气味产生，堆的颜色变为褐色，乳酸菌开始活动，酵母也开始活动起来pH值7-8。第6次翻堆结束后，温度自然下降。一次发酵后放置一个月完成二次发酵，在二次发酵4次翻堆(7天左右翻一次)过程中，再喷洒两次矿物质稀释液，进行水分调节。然后进入三次发酵(缩聚、高分子化)，时间为一个月，3次翻堆至完全腐殖化。

对经腐殖化的污泥进行分析，结果如表2所示，其中的铅含量由0.11mg/L降至0.002％以下，砷含量由0.015mg/L降至0.0005％以下，可见通过天然矿物质浓缩液的分解，可以使原料中的重金属降低活性，减少重金属对环境的污染。

表2

实施例4

环境矿物质浓缩液用于净化污水的试验

利用实施例1中得到的矿物质浓缩液对制冰激凌后排出的污水使用净化器进行净化处理，处理前污水的生化需氧量为6,100mg/L，正己烷的含量为900mg/L，浮游物质的含量为1,500mg/L。将上述矿物质浓缩液与该污水按照1/50000的重量比混合，经过8小时后，经测定，污水经处理后，其中的生化需氧量为69mg/L，正己烷的含量小于5mg/L，浮游物质的含量为28mg/L。从试验结果可知，污水经矿物质浓缩液净化后生化需氧量大大降低，反映了水中有机污染物含量的大大减少。

实施例5

环境矿物质浓缩液用于促进农作物生长的试验

以玫瑰为适用作物，向作物的叶面喷洒按1/10000比例稀释的实施例1中得到的矿物质液，每间隔5～7天喷洒一次，喷洒量为2L/m²。试验结果表明，喷洒了矿物质浓缩液的玫瑰花颜色鲜艳，无细菌引起的病害，切花剩下的部分无杂菌引起的腐烂，根系生长良好，收获量明显增加。未喷洒矿物质浓缩液的玫瑰中商品和次品的数量比为5∶5，喷洒了矿物质浓缩液的玫瑰中商品和次品的数量比为9∶1，大大提高了产品的质量。将鲜花切下后用1/10000比例稀释的该矿物质液浸泡保管，保险时间达一个月以上；用该矿物质液栽培玫瑰花，开花时的新鲜度可达普通玫瑰花的两倍以上。

实施例6

环境矿物质浓缩液对黄色葡萄球菌的杀菌效果试验

用无菌生理盐水将试验用黄色葡萄球菌菌株的菌数稀释调整到106/ml作为试验菌液。并用无菌精制水分别将实施例1制得的环境矿物质浓缩液按1/1000和1/3000比例稀释后，各取100ml作为试验溶液。分别向上述试验溶液中加入1ml试验菌液混合、接种，然后分别在0h、1h、24h、48h、72h各取1ml，测定生菌数和杀菌率。

杀菌率的计算是用接种后马上测得的菌数减去各作用时间的发育菌数，再除以接种菌数，求得百分率。如表3所示，试验结果表明，矿物质浓缩液对黄色葡萄球菌的杀菌效果明显。

表3

实施例7

环境矿物质浓缩液对黄色葡萄球菌的杀菌效果试验

用无菌生理盐水将试验用大肠杆菌菌株的菌数稀释调整到10⁶/ml作为试验菌液。并用无菌精制水分别将实施例1制得的环境矿物质浓缩液稀释至1/1000及1/3000，各取100ml作为试验溶液。分别向上述试验溶液中加入1ml试验菌液混合、接种，然后分别在0h、1h、24h、48h、72h各取1ml，测定生菌数和杀菌率。

杀菌率的计算是用接种后马上测得的菌数减去各作用时间的发育菌数，再除以接种菌数，求得百分率。如表4所示，试验结果表明，矿物质浓缩液对黄色葡萄球菌的杀菌效果明显。

表4

实施例8

环境矿物质液的除臭能力试验

用精制水将实施例1中得到的矿物质浓缩液分别按1/1000、1/1500、1/2000的比例稀释后，得到三种试验样品，将浓度为95ppm的氨气和浓度为18ppm的三甲胺气体分别导入1升聚氟乙烯塑料袋中，分别向其中加入5ml的上述三种试验样品，密封，晃动1分钟。分别测定5min后、10min后的气体浓度。如表5所示，试验结果表明，矿物质浓缩液能在短时间内高效的氨气和三甲胺气体，同样也能应用于其他有机气体的吸收。

表5

Claims

1.一种矿物质浓缩液的提取方法，其特征在于，该提取方法包括以下步骤：

1）将安山岩粉碎后干燥进行筛分，将5.5～7重量份的筛分后的安山岩粉末倒入7～14重量份的浓度为10～20wt%的稀硫酸中，搅匀后静置24h；

2）向步骤1）得到的混合物中添加3.5～5重量份的柠檬酸，搅匀后形成非晶态的水合铁氧化物，静置24h；

3）将步骤2）得到的混合物过滤，所得滤液即为矿物质浓缩液；

4）向上述矿物质浓缩液中补充蒸馏水，混合均匀后倒入耐酸容器中避光保存，其中矿物质浓缩液与蒸馏水的重量和为100重量份。

2.根据权利要求1所述矿物质浓缩液的提取方法，其特征在于，所述安山岩为玄武安山岩。

3.根据权利要求1所述矿物质浓缩液的提取方法，其特征在于，所述步骤（3）中得到的矿物质浓缩液中铁的含量为7000～17000ppm。

4.一种权利要求1的方法提取的矿物质浓缩液的应用，其特征在于，用于堆肥和制作腐殖质，与腐殖质形成水合氧化铁腐殖质复合体，对污染的土壤进行净化、修复。

5.一种权利要求1的方法提取的矿物质浓缩液的应用，其特征在于，用于污水净化，该矿物质浓缩液的加入量为污水重量的0.1～0.001%。

6.一种权利要求1的方法提取的矿物质浓缩液的应用，其特征在于，用于农业和园林，用水将该矿物质浓缩液按1/3000比例稀释后，以2L/m²的施用量喷洒在植物叶面或进行土壤浇水。

7.一种权利要求1的方法提取的矿物质浓缩液的应用，其特征在于，用于消除不良气味或杀灭有害细菌，用水将该矿物质浓缩液按1/1000比例稀释，喷洒在目标物上。