CN102619130B - 一种重金属离子吸附纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种重金属离子吸附纸及其制备方法，其由废纸纤维、凹凸棒土、膨润土、阳离子聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷树脂和氧化淀粉等组成，定量为100~160g/m²。将废纸经碎解、高浓除渣、疏解、低浓除渣、筛选、分级、磨浆等处理制成长纤维纸浆，将凹凸棒土、膨润土、阳离子聚丙烯酰胺和聚酰胺环氧氯丙烷树脂等加入废纸浆中，送造纸机形成纸页，并经二道施涂机涂敷后得到成品。本发明是利用凹凸棒土为主要吸附剂，以废纸长纤维为载体，并辅以其他助剂制成高凹凸棒土含量的重金属离子吸附纸。用其包裹蔬菜的根部，可有效降低蔬菜中重金属离子含量；以废纸纤维和凹凸棒土为主要原料，对环境无危害，可用造纸机连续生产，使用成本低。

Description

一种重金属离子吸附纸及其制备方法

技术领域

本发明属于造纸领域，特别涉及重金属离子吸附纸及其制备方法。

背景技术

由于城市及近郊工业化发展的加快，使得工业“三废”和城市垃圾排放量加大，农业土壤由于污水灌溉、固体废物和农药的影响导致土壤中汞、镉、铬、铅等重金属的过度积累。灌溉水和土壤中的重金属主要是通过植物的吸收作用表现其危害。植物可通过根系从土壤中吸收富集重金属，从而使蔬菜、水果等食物中重金属含量超标或接近临界值，并使重金属通过食物链富集到动物和人体，最终危害人类健康。一般蔬菜中重金属的迁移累积含量随土壤中重金属含量的增加而增加。根据对南方某地蔬菜的检测调查表明，铅平均浓度为0.24 mg/kg，超过蔬菜中重金属铅的最高允许浓度0.2 mg/kg，说明其蔬菜已受到铅的污染威胁。对北方某蔬菜基地土壤表层(5cm)分析表明镉、铅、汞含量分别为2.733～4.708 mg/kg、39.223～106.778 mg/kg、0.778～176.495 mg/kg，对比食用农产品产地环境质量评价标准(HJ332-2006)规定的土壤中重金属含量（总镉≤0.30 mg/kg，总铅≤50 mg/kg，总汞≤0.30mg/kg），可见土壤中镉、汞及部分铅含量均达到污染水平。全国范围内被重金属污染的土壤面积已经超过0.2×10⁸ hm²，占我国耕地的1/5，可见蔬菜、水果等农产品已面临重金属污染的严重危险。实际上，甚至在部分偏远山区生产的农产品中也已检出重金属超标。所以，由土壤污染造成的蔬菜重金属超标已直接威胁到人们的身体健康。

重金属在土壤中不易随水淋溶，不能被微生物分解，具有明显的生物富集作用。因此，土壤的重金属污染一旦发生通常很难治理，而且其治理成本较高、治理周期较长。某些被重金属污染的土壤可能要100～200年时间才能够恢复。目前蔬菜中重金属污染的防治方法主要有客土法、换土法、施用改良剂法、植物修复法等。客土法是在被污染的土壤表面覆盖上非污染土壤；换土法是部分或全部挖除污染土壤而换上非污染土壤。这两种方法是治理土壤重金属污染的有效方法，客土法与换土法的不足之处是需花费大量的人力与财力，因此，只适宜小面积污染土壤的治理。施用改良剂法是利用土壤中污染物的特性，施用改良剂来治理土壤重金属污染。例如，在土壤中施用石灰可以提高土壤酸度，可使重金属形成氢氧化物沉淀，施用促进还原的有机物可使重金属形成硫化物沉淀。该防治方法有一定的效果，但局限性较大，使用成本较高。植物修复法是利用植物及其共存微生物体系清除污染土壤中重金属的方法。例如，在汞、镉污染的地块种植麻类作物或加拿大杨，可以有效吸收土壤中的重金属汞和镉，但用这种方法处理土壤重金属污染的效率较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种可有效降低蔬菜中重金属离子含量的吸附材料及其制备方法。

本发明的目的是提供一种重金属离子吸附纸，其特征在于该重金属离子吸附纸是由废纸纤维和凹凸棒土组成，定量为100~160g/m² ，起重金属离子吸附作用的主要为凹凸棒土等组分,废纸纤维主要是进口旧瓦楞纸箱废纸中的长纤维部分或其他长纤维废纸。为了保证重金属离子吸附纸的生产及发挥其作用，纸中还含有膨润土、阳离子聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、氧化淀粉、羧甲基纤维素等。废纸纤维与凹凸棒土、膨润土、阳离子聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、氧化淀粉、羧甲基纤维素的重量份数比为1:0.65~0.75:0.005~0.01:0.0008~0.002:0.01~0.03:0.005~0.01:0.005~0.01。

本发明的另一目的是提供本发明所述的重金属离子吸附纸的制备方法。

其制备过程包括以下步骤：

① 以废纸为主要原料经碎解、高浓除渣、疏解、低浓除渣、筛选、分级、磨浆等处理制成长纤维纸浆。

② 将与废纸纤维重量份数比为1:0.4~0.5:0.005~0.01:0.0008~0.002的凹凸棒土、膨润土、阳离子聚丙烯酰胺加入废纸浆中，在混合浆池内分散混合成造纸用的纸料，然后流送至造纸机流浆箱。

③ 将与废纸纤维重量份数比为1:0.10~0.15:0.01~0.03的凹凸棒土、聚酰胺环氧氯丙烷树脂加入至造纸机流浆箱中，并与②流送来的纸料混合后上造纸机成形网形成湿纸页，经压榨和干燥后送至第一道施涂机。

④ 将与废纸纤维重量份数比为1:0.05~0.10：0.0025~0.005:0.0025~0.005的凹凸棒土、氧化淀粉和羧甲基纤维素通过第一道施涂机涂敷于纸面，干燥后再将与废纸纤维重量份数比为1:0.05~0.10:0.0025~0.005:0.0025~0.005的凹凸棒土、氧化淀粉和羧甲基纤维素通过第二道施涂机涂敷于纸面，干燥后形成定量为100-160 g/m²的成品。

本发明是利用凹凸棒土为主要吸附剂，以废纸长纤维为载体，通过在废纸长纤维浆中多次分步加填，并辅以其他助剂制成高凹凸棒土含量的吸附纸。用本发明的重金属离子吸附纸包裹蔬菜的根部，土壤中的水分及营养分可通过纸层被蔬菜的根系吸收，土壤中的重金属离子被纸层吸附，从而降低蔬菜中重金属离子含量，保证蔬菜食用的安全性。本发明的重金属离子吸附纸可适用于芥菜、小白菜、青菜、大白菜、青椒、茄瓜、西红柿、青瓜、花菜等各种蔬菜重金属离子污染的防治。本发明的重金属离子吸附纸采用废纸纤维和凹凸棒土为主要原料，对环境无危害，可用造纸机连续生产，使用成本低。

具体实施方式

实施例1：重金属离子吸附纸的制备

① 以废纸为主要原料经碎解、高浓除渣、疏解、低浓除渣、筛选、分级、磨浆等处理制成长纤维纸浆。

② 将废纸长纤维纸浆50公斤、凹凸棒土25公斤、水1875公斤在混合浆池内搅拌混合均匀，加入阳离子聚丙烯酰胺0.1公斤，搅拌0.5小时，加入膨润土0.5公斤，搅拌均匀后将纸料泵送至网前池。在网前池加入水5600公斤，混合均匀泵送至造纸机流浆箱。

③ 在造纸机流浆箱处加入凹凸棒土5公斤、聚酰胺环氧氯丙烷树脂1.5公斤，并与②流送来的纸料混合后上造纸机成形网形成湿纸页，经压榨和干燥后送至第一道施涂机。

④ 将凹凸棒土5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第一道施涂机涂敷于纸面，干燥后再将凹凸棒土2.5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第二道施涂机涂敷于纸面，干燥后形成定量为100 g/m²的成品。

实施例2：重金属离子吸附纸的制备

① 以废纸为主要原料经碎解、高浓除渣、疏解、低浓除渣、筛选、分级、磨浆等处理制成长纤维纸浆。

② 将废纸长纤维纸浆50公斤、凹凸棒土25公斤、水1875公斤在混合浆池内搅拌混合均匀，加入阳离子聚丙烯酰胺0.1公斤，搅拌0.5小时，加入膨润土0.5公斤，搅拌均匀后将纸料泵送至网前池。在网前池加入水4700公斤，混合均匀泵送至造纸机流浆箱。

③ 在造纸机流浆箱处加入凹凸棒土5公斤、聚酰胺环氧氯丙烷树脂1.5公斤，并与②流送来的纸料混合后上造纸机成形网形成湿纸页，经压榨和干燥后送至第一道施涂机。

④ 将凹凸棒土5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第一道施涂机涂敷于纸面，干燥后再将凹凸棒土2.5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第二道施涂机涂敷于纸面，干燥后形成定量为120 g/m²的成品。

实施例3：重金属离子吸附纸的制备

① 以废纸为主要原料经碎解、高浓除渣、疏解、低浓除渣、筛选、分级、磨浆等处理制成长纤维纸浆。

② 将废纸长纤维纸浆50公斤、凹凸棒土25公斤、水1875公斤在混合浆池内搅拌混合均匀，加入阳离子聚丙烯酰胺0.1公斤，搅拌0.5小时，加入膨润土0.5公斤，搅拌均匀后将纸料泵送至网前池。在网前池加入水4000公斤，混合均匀泵送至造纸机流浆箱。

③ 在造纸机流浆箱处加入凹凸棒土5公斤、聚酰胺环氧氯丙烷树脂1.5公斤，并与②流送来的纸料混合后上造纸机成形网形成湿纸页，经压榨和干燥后送至第一道施涂机。

④ 将凹凸棒土5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第一道施涂机涂敷于纸面，干燥后再将凹凸棒土2.5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第二道施涂机涂敷于纸面，干燥后形成定量为140 g/m²的成品。

实施例4：重金属离子吸附纸的制备

① 以废纸为主要原料经碎解、高浓除渣、疏解、低浓除渣、筛选、分级、磨浆等处理制成长纤维纸浆。

② 将废纸长纤维纸浆50公斤、凹凸棒土25公斤、水1875公斤在混合浆池内搅拌混合均匀，加入阳离子聚丙烯酰胺0.1公斤，搅拌0.5小时，加入膨润土0.5公斤，搅拌均匀后将纸料泵送至网前池。在网前池加入水3500公斤，混合均匀泵送至造纸机流浆箱，

③ 在造纸机流浆箱处加入凹凸棒土5公斤、聚酰胺环氧氯丙烷树脂1.5公斤，并与②流送来的纸料混合后上造纸机成形网形成湿纸页，经压榨和干燥后送至第一道施涂机。

④ 将凹凸棒土5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第一道施涂机涂敷于纸面，干燥后再将凹凸棒土2.5公斤、氧化淀粉0.25公斤、羧甲基纤维素0.25公斤用第二道施涂机涂敷于纸面，干燥后形成定量为160 g/m²的成品。

实施例5：本发明重金属离子吸附纸对重金属离子的吸附作用

以不加填凹凸棒土的纸为对照，检测本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的重金属离子吸附纸对重金属离子的吸附作用。

将镉离子浓度为500mg/l、铬离子浓度为500mg/l、铅离子浓度为500mg/l的水分别用重金属离子吸附纸过滤，根据过滤后重金属离子浓度下降程度评价吸附效果。结果表明：用本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的重金属离子吸附纸过滤重金属离子水后，过滤水中各重金属离子浓度如下：

实施例1的镉离子浓度为159.1mg/l、铬离子浓度为141.2mg/l、铅离子浓度为205.4mg/l；

实施例2的镉离子浓度为144.2mg/l、铬离子浓度为112.4mg/l、铅离子浓度为185.1mg/l；

实施例3的镉离子浓度为116.4mg/l、铬离子浓度为92.7mg/l、铅离子浓度为145.3mg/l；

实施例4的镉离子浓度为88.6mg/l、铬离子浓度为73.3mg/l、铅离子浓度为115.8mg/l；

用本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的重金属离子吸附纸过滤重金属离子水后，镉离子浓度分别下降68.2%、71.2%、76.7%和82.3%，铬离子浓度降71.8%、77.5%、81.5%和85.3%，铅离子浓度分别下降58.9%、63.0%、70.9%和76.8%。试验结果表明本发明的重金属离子吸附纸对重金属离子有很好的吸附作用。

实施例6：本发明重金属离子吸附纸对重金属离子的吸附作用

以小白菜为研究对象，以根系不包裹重金属离子吸附纸的小白菜中的重金属离子含量为对照，检测本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的重金属离子吸附纸对重金属离子的吸附作用。

用土壤盆载小白菜，用含重金属离子镉的水浇灌盆载土壤，使土壤中重金属镉的含量保持为100mg/kg左右，长成后小白菜中镉含量用火焰原子吸收分光光度计法测定；用同样的方法测定小白菜中铅的含量。另外，用同样方法测定根系包裹重金属离子吸附纸的小白菜中镉和铅的含量。根据小白菜中重金属离子含量评价吸附效果。

结果表明：根系不包裹重金属离子吸附纸的空白对照实验组和本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的重金属离子吸附纸包裹小白菜根系实验组，所测定的镉和铅含量如下：

空白对照实验组小白菜镉含量0.96mg/kg、铅含量18.74mg/kg；

实施例1实验组小白菜镉含量0.19mg/kg、铅含量5.06mg/kg；

实施例2实验组小白菜镉含量0.17mg/kg、铅含量4.14mg/kg；

实施例3实验组小白菜镉含量0.14mg/kg、铅含量3.57mg/kg；

实施例4实验组小白菜镉含量0.12mg/kg、铅含量2.83mg/kg；

本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得的重金属离子吸附纸包裹小白菜根系实验组的镉含量分别下降80.2%、82.3%、85.4%和87.5%，铅含量分别下降73.0%、77.9%、80.9%和84.9%。试验结果表明本发明的重金属离子吸附纸对土壤中的重金属离子有很好的吸附作用，可有效降低蔬菜中的重金属离子含量。

    以上所述的实施例，只是本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所述的工艺步骤及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请专利范围内。

Claims (1)

1.一种重金属离子吸附纸，由废纸纤维和凹凸棒土组成，定量为100~160g/m² ，废纸纤维主要是进口旧瓦楞纸箱废纸中的长纤维部分或其他长纤维废纸：

重金属离子吸附纸中还含有以下助剂：膨润土、阳离子聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、氧化淀粉、羧甲基纤维素；所述废纸纤维与凹凸棒土、膨润土、阳离子聚丙烯酰胺、聚酰胺环氧氯丙烷树脂、氧化淀粉和羧甲基纤维素的重量份数比为1:0.6~0.85:0.005~0.01:0.0008~0.002:0.01~0.03:0.005~0.01:0.005~0.01；重金属离子吸附纸的制备方法，包括以下步骤：

①以废纸为主要原料经碎解、高浓除渣、疏解、低浓除渣、筛选、分级、磨浆处理制成长纤维纸浆；

② 将与废纸纤维重量份数比为1:0.4~0.5:0.005~0.01:0.0008~0.002的凹凸棒土、膨润土、阳离子聚丙烯酰胺加入废纸浆中，在混合浆池内分散混合成造纸用的纸料，然后流送至造纸机流浆箱；

③ 将与废纸纤维重量份数比为1:0.10~0.15:0.01~0.03的凹凸棒土、聚酰胺环氧氯丙烷树脂加入至造纸机流浆箱中，并与②流送来的纸料混合后上造纸机成形网形成湿纸页，经压榨和干燥后送至第一道施涂机；

④ 将与废纸纤维重量份数比为1:0.05~0.10：0.0025~0.005:0.0025~0.005的凹凸棒土、氧化淀粉和羧甲基纤维素通过第一道施涂机涂敷于纸面，干燥后再将与废纸纤维重量份数比为1:0.05~0.10:0.0025~0.005:0.0025~0.005的凹凸棒土、氧化淀粉和羧甲基纤维素通过第二道施涂机涂敷于纸面，干燥后形成定量为100-160 g/m²的成品。