CN103272837A - 一种利用零价纳米铁强化植物修复PCBs-Pb复合污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

零价纳米铁强化植物修复持久性有机污染物多氯联苯(PCBs)-铅(Pb)复合污染土壤的植物修复技术，其特点是将零价纳米铁和凤仙花Impatiens balsamina修复PCBs和Pb复合污染土壤，其中凤仙花不仅对Pb具有强耐受性，且具有一定的超积累特性。具体是在移栽之前将零价纳米铁用注射器注射进PCBs-Pb复合污染土壤，而后再种植凤仙花。就是说，将成本低廉易于合成的零价纳米铁用于植物修复PCBs-Pb复合污染土壤中，以改善土壤肥力、显著提高土壤中复合污染物的修复效果。

Description

一种利用零价纳米铁强化植物修复PCBs-Pb复合污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤环境的生态修复技术，具体地说是一种利用零价纳米铁强化植物修复持久性有机污染物多氯联苯(PCBs)和重金属铅(Pb)复合污染土壤的方法。 

技术背景

随着技术的革新，电子产品更新换代速度的加快，形成了越来越多的废旧电子产品，包括电视机、电脑、手机、洗衣机、打印机等，被统称为电子垃圾。在利益的驱使下，回收其中的重金属和有用的耗材，发达国家的电子垃圾被非法的输入到发展中国家，大部分是亚洲国家，其中中国成为世界上重要的电子垃圾中转站。大多数从事电子拆解的小工厂和作坊，都是采用粗放的回收方式，包括：拆解、酸洗、烘烤、露天焚烧等。在这些过程中会有大量的有害物质包括持久性有机物多氯联苯、多环芳烃、二恶英、多溴联苯醚和重金属等释放到周围环境中，对当地的空气、土壤、水和生物体和当地居民的健康状况都造成了直接和潜在的威胁。研究者发现，在台州地区PCBs在土壤中的检出值为52.0-5789.5μg/kg，最高浓度是背景值得232倍；贵屿地区重金属污染严重，露天焚烧旁的土壤中Pb的检出水平为856-7038mg kg^-1。 

植物修复是利用绿色植物生长代谢过程中，植物吸收、降解、稳定、挥发几根际圈修复有机污染物的一种原位修复技术。近几年来，选择花卉作为植物修复的植物受到越来越多人的认可，因为植物花卉不仅可以美化环境，带来人们视觉上的享受，而且本实验室长期的研究表明，花卉对石油烃和重金属具有很好的耐受性和修复效果。 

纳米技术为环境安全领域提供了新的研究机遇，特别是纳米零价铁更是引起了人们更多的关注，推动了污染环境修复研究向更深层次发展，寻求环境友好型的环境高效修复剂成为国内外环境科学研究中新的热点。零价纳米铁以其特有的优势和广泛的去污净水能力使在修复地下水方面等环境污染物的处理工程中具有很好的应用前景。研究表明，纳米零价铁粒子对无机盐、有机物、重金属类污染物都有很好的去除效果。 

研究结果显示，纳米材料可以通过木质部，纤维管进入植物体内，这样营养物质可以通过这一途径输送进入植物体内。随后他们提出用纳米材料作为肥料，治理废弃矿区土壤。究 其原因在于，纳米材料的加入能提高土壤pH和肥力，改善土壤的物化性质和结构，改变重金属和有机污染在土壤中迁移性。将零价纳米铁应用于植物修复PCBs-Pb污染土壤，还鲜有报道，为零价纳米铁在农业甚至植物修复中的具有重要的意义。 

发明内容

本发明的目的是利用零价纳米铁的脱氯作用和还原性性能，结合凤仙花Impatiens balsamina对Pb的耐受性和超积累Pb的功能，探索零价纳米铁强化植物修复PCBs-Pb复合污染土壤的可能性。提供一种经济、高效的修复、治理有机污染物和重金属复合污染土壤的具有良好效果的方法。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：在凤仙花移栽之前，将零价纳米铁注入污染土壤中，而后种植凤仙花，期间定期浇水直至成熟。最后，将植物整体从污染土壤上移走，从而实现去除土壤中污染物的目的。 

所谓种植凤仙花是将幼苗期的凤仙花移植在复合污染土壤上。 

所谓在污染土壤上种植凤仙花采用室外栽培，定期浇水，使土壤含水率保持在田间含水率的75-85％。 

所述在含污染物的土壤上种植凤仙花，凤仙花通过根际圈修复、植物提取、植物挥发、植物固定修复PCBs，通过富集性能将Pb向地上部分转移。当植物长至成熟期时，将植物从污染土壤上移走，再种植凤仙花，重复操作，直至彻底除去土壤中的污染物。 

本发明所具有的优点： 

1)本发明采用零价纳米铁强化凤仙花修复PCBs-Pb污染土壤，零价纳米铁有合成方法简单，原料低廉等特点，且具有脱氯和强还原性等特点。据推测，零价纳米铁的添加不仅可以改变污染物在土壤中的迁移性，促进污染物在土壤中的降解和植物体内的积累，而且一定程度上可以提高土壤肥料。 

2)本发明选用的凤仙花具有分布广，耐性强，易成活、生长速度快，不需要特殊培育条件，美化环境效果好，同时具有观赏价值和修复土壤的能力。 

具体实施方式

供试土壤：清洁土壤采自广东省揭阳市仙桥区。土壤理化性质为pH值5.4，有机质1.66％，总磷为1.14％，P₂O₅含量为2.62％。 

供试植物：凤仙花，种子购于北京北京芳萱苑种子有限公司。它属凤仙花科一年生草本花卉，适应性较强，移植易成活，生长迅速。 

实验方案：本研究设计4个处理，即污染不同添加量零价纳米铁+凤仙花修复污染土壤处理，(两个处理)，凤仙花修复污染土壤处理，零价纳米铁+凤仙花清洁土壤，CK(清洁土壤仅种植凤仙花)，具体见表1.。每个处理设置三个平行，随机排列放置。 

试验方法：实验投加的PCBs为PCB18+28三氯联苯的混合溶液，两者按照1∶1的浓度混合。投加的Pb为Pb(NO₃)固体，分析纯试剂。取一定量的土壤，自然风干，过20目筛。取一定量的土壤装盆。将污染物与土壤混合均匀后，平衡一个之后待用。同时，进行花卉育苗工作。将凤仙花种子播种于育苗盒中，待长至3-5片子叶时，选择生长一致的凤仙花苗移入各处理盆中，每盆三棵。移栽之前注入一定量的零价纳米铁。根据土壤缺水情况，不定期浇水，使其土壤含水量保持在田间持水量的75-85％。实验进行90天后采样分析。将盆栽实验收获的植物样品分为根、茎、叶3部分，分别用自来水充分冲洗，然后再用去离子水冲洗，沥去水分。称量各部分鲜重，并测量株高。 

表1不同水平零价纳米铁处理表 

收获的土壤和植物样品经冷冻干燥机干燥之后过100目筛，储存于-80℃冰箱备用。土壤中PCBs前处理方法为索式提取法，具体步骤为：称取一定量样品装入索提包中，而后用200mL正己烷-丙酮(V/V＝1/1)索提24h，温度控制在59-61℃。实验结束后，将索提液尽量全部转移至梨形瓶中，在旋转蒸发仪上蒸发至1-2mL。而后将样品转移至Florisil层析柱净化，用70mL正己烷洗脱，收集洗脱液并旋蒸至1-2mL。用柔和的N₂吹至近干，勇色谱纯正己烷定容至0.2mL，而后转移至GC-MS进样瓶中，进GC-MS分析。 

PCBs的测定采用气-质联用(Agilent6890A，美国)技术，HP-5-MS石英毛细管柱(30m×0.32mm ID×0.25μm液膜厚)。进样口温度：300℃；检测器温度：300℃，载气：高纯氮气，恒流1.0mL/min；无分流进样1μL。程序升温程序为：初始温度，120℃，保持2min，10℃/min升至180℃，保持1min，15℃/min升至250℃。 

实验结果：表2给出了凤仙花在不同盆栽条件下株高和地上生物量变化情况。从外表来看并无受害现象，但是污染物本身对植株的鲜重影响相对比较大。清洁土壤零价纳米铁的添加对株高和生物量影响比较大，T1株高为67cm，比对照组高8cm；生物量尤其是根和叶的鲜重比对照组分别重5g和9g。污染土壤上植株的这些指标变化并不十分显著，但是。说明凤仙花植株的株高受污染物浓度变化不大；清洁土壤上的盆栽实验表明，零价纳米铁的添加部分程度上促进了植株的生长；对于污染土壤而言，1.5g的纳米铁的添加量对植物的生长有一定的促进作用，但是过多量的添加(2g)会起到部分抑制作用(T4处理组植株最低)，但是植株的生物量并无明显的差异。 

表2不同处理条件下凤仙花的株高和各部分鲜重 

研究结果表明，组凤仙花根、茎、叶组织中PCB18的含量为50.40μg/Kg、15.58μg/Kg、31.87和μg/Kg；而PCB28的含量分别为50.51μg/Kg、16.18μg/Kg、30.95μg/Kg。与对照相比，零价纳米铁的添加提高了三氯联苯的植物提取效果，提高了10.6-15％。添加1.5g零价纳米铁组中凤仙花根、茎、叶组织中PCB18的含量为64.54μg/Kg、20.26μg/Kg、29.87μg/Kg；而PCB28的含量分别为56.68μg/Kg、19.21μg/Kg、33.43μg/Kg；添加2g零价纳米铁组中 凤仙花根、茎、叶组织中PCB18的含量为55.64μg/Kg、27.17μg/Kg、27.17μg/Kg：而PCB28的含量分别为71.99μg/Kg、28.03μg/Kg、28.03μg/Kg。这一结果表明，零价纳米铁的添加在植物转化、吸收及提高土壤肥力等方面有明显的作用，且零价纳米铁在植物修复甚至农业生产方面有一定的发展潜力。 

Claims (5)

1.零价纳米铁强化凤仙花Impatiens balsamina修复PCBs-Pb复合污染土壤的方法，其特征在于：将零价纳米铁注射进入污染土壤中，而后种植幼苗期的凤仙花，当其到成熟期时，将植物整体从污染土壤中移走，从而实现去除土壤中污染物的目的。

2.根据权利要求1所述利用零价纳米铁强化植物修复污染土壤的方法，其特征在于：零价纳米铁由原料价格低廉的硼氢化钾和硫酸亚铁合成。

3.根据权利要求1所述利用零价纳米铁强化植物修复污染土壤的方法，其特征在于：在含有PCBsPb污染土壤上种植凤仙花采用室外栽培，定期浇水，直至成熟。

4.根据权利要求4所述利用零价纳米铁强化植物修复污染中壤的方法，其特征在于：所述的幼苗期的凤仙花是指在利用花卉种子室内育苗，选择颗粒饱满的种子置于预装土壤的育苗盒中，待幼苗长到5-6片子叶即可。

5.根据权利要求1所述利用零价纳米铁强化植物修复污染土壤的方法，其特征在于：在复合污染的土壤上种植凤仙花，凤仙花通过其机体将污染土壤中的污染物向其体内转移或者进行降解促进作用，当凤仙花长到成熟期时或者冬天低温季节，将植物从污染土壤中移走，当年或者来年再种植凤仙花，重复操作，直至彻底除去土壤中的污染物。