CN103819233A - 改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属的方法，它是将63g沙子置于高25cm，直径3cm的PVC管中，高度为5cm，然后将隔层材料平铺于沙子之上，隔层材料高度为5cm，最后将70g堆肥置于堆肥隔层材料上，堆肥的高度为8cm；在PVC管上层表面播种0.3g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为16-22℃，36-57%，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为16-22℃，36-57%。本发明进一步公开了改型纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法在增加阻碍重金属淋溶迁移方面的应用。

Description

改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市绿化,特别是改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法。 

背景技术

碳黑在自然界广泛存在。早期对碳黑的研究主要集中在大气颗粒物的环境效应方面。土壤和沉积物中非水解有机碳占总有机碳含量的25.6%-70.5%，而碳黑占总有机碳含量的4.14%-16.2%之间。有研究迹象表明，碳黑对菲的吸附等温线能很好地拟合Freundiich方程。H₂SO₄改性后的碳黑对As⁵⁺的最大吸附量可达到62.52mg·g^-1。针对纳米碳表面改性的方法主要有化学改性、物理改性、化学和物理联合改性、等离子体改性和电化学改性等。化学改性又分为氧化改性、还原改性、负载金属离子改性、添加N、F、Cl 等杂原子改性。其中纳米碳的氧化改性主要是利用强氧化剂在适当温度下对纳米碳表面进行氧化处理，从而提高碳黑表面含氧酸性基团的含量，增强表面极性。目前，通过氧化改性提高活性炭表面酸性基团的改性剂主要有HNO₃、H₂O₂、H₂SO₄、HCl、HClO、HF和O₃等氧氧化碳黑，引入了梭基，其含量为6%。有人采用硝酸氧化碳黑，得到了高含量氧的碳黑，但其中有大部分为不溶物，影响了炭黑在水中的分散。用硝酸氧化制得的碳黑CBO表面引入了大量的含氧基团，如—COOH，—OH等，使得碳黑表面呈酸性，这些极性基团大大增强了其在水中的分散性能。纳米碳作为修复材料治理环境污染的研究还不是很多，还有研究用H₂SO₄改性的碳黑对离子态五价As的吸附，结果表明改性过的碳黑对As的最大吸附量可以达到62.52mg·g^-1。丁春生等（2011）使用KMnO₄对碳黑进行氧化改性，使其对Pb²⁺的吸附去除率达到94%。王汉卫（2009）在土壤中分别添加1％、3％、5％用 HNO₃  改性的纳米碳后，土壤有效态Cu分别降低了47．26％、72.01％、80.89％，有效态Zn分别降低了3.00％、17.71％、43.61 ％。 

到目前为止，将纳米碳作为修复材料用于堆肥治理的研究非常缺乏。显然，纳米碳高比表面积、高反应活性和强吸附特性等的特点，对重金属的吸附固定能力要大于一般粒径的吸附材料。将纳米碳应用于堆肥重金属污染修复中，可以避免给堆肥带来不良影响，这是以石灰、蛙石、沸石等作为钝化剂地方法无法比拟的。这将发展成为一种低成本和环境友好的原位钝化重金属的技术，为纳米碳在环境污染治理中的应用提供新的发展空间。 

研究发现EDTA与DTPA对土壤中各重金属离子的活化能力较强，特别是对Pb、Zn、Cr等。螯合剂的使用通常会对植物产生毒害作用，如引起植物的黄化、萎蔫，甚至是死亡（胡亚虎等，2010）。因此，施用络合剂时，在浓度选择上，一定要慎重。廉菲等（2005）在实验中发现当EDTA浓度小于等于10 mmol·kg^-1时， EDTA对植株生长的抑制作用，应该说还是在可以接受的范围之内，并且可以有效增大植物地上部分重金属富集量。沈志平等（2013）发现DTPA能显著增加Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在高羊茅地上部的富集，但浓度为20 mmol·kg^-1与10 mmol·kg^-1 DTPA对高羊茅地上部重金属的富集差异不显著，但高浓度的DTPA抑制了植株的生长，因此，浓度为10 mmol·kg^-1的DTPA应当是最好的选择。被络合剂活化的重金属在土壤中的移动性显著增强，因此当络合剂被用于植物修复中时很可能会造成重金属向深层土壤淋溶迁移，以至于污染地下水。可见，淋溶问题不能解决，EDTA与DTPA有效协同富集就不能实现。 

本实验采用不同隔层的草坪渗漏体系，即锯末与不同改性纳米碳混合隔层，协同10 mmol·kg^-1 EDTA和10 mmol·kg^-1 DTPA，提高含有高浓度重金属的堆肥植物修复能力，研究了此渗漏体系阻隔重金属淋溶迁移的可行性。 

将城市垃圾堆肥作为草坪基质，不仅可以避免草皮起皮对土壤的伤害，还解决了垃圾堆肥的出路问题。堆肥含有丰富的养分，是替代土壤作为草坪基质的较理想材料，一些草坪植物种能够在重金属污染较重的基质中生长，且生长速度快、再生能力强，堆肥的土地利用具有非常重要的意义。运用钝化法修复城市垃圾堆肥中的重金属具有较大的应用价值。因此城市堆肥作为草坪基质的同时其重金属又能得到草坪植物的修复。 

但是纳米碳用于草坪堆肥基质，实现重金属的钝化修复的研究还尚无文献报道。利用纳米碳高比表面积、高反应活性和强吸附特性等，通过化学改性使之进一步加强，通过其吸附作用，降低堆肥重金属的生物有效性，无疑是一种协同植物联合螯合剂修复堆肥重金属有效技术。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法。 

本发明在优化实验的基础上，通过采用不同方法对纳米碳进行改性，对比了不同改性纳米碳对堆肥重金属的钝化作用；并将各种改性纳米碳分别与锯末成比例混合做隔层，协同螯合剂，探究改性纳米碳作为隔层的渗漏体系对阻隔重金属淋溶的可行性；在早期实验的基础上，通过不同改性纳米碳对堆肥重金属各个形态影响的初步研究，更进一步对比了不同改性纳米碳对重金属的钝化效果，得出效果最优的改性纳米碳，为指导农业生产提供依据。 

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案： 

一种改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法 ，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）材料的处理：

实验前对垃圾堆肥进行预处理，去除其中的塑料薄膜、砖瓦、石块和玻璃大块杂物，风干后，过2 mm筛，备用；垃圾堆肥理化性质为：pH 7.62，有机质含量221.25 g·kg^-1，全氮13.48 g·kg^-1，有效磷0.078 g·kg^-1，C/N是8.37，饱和含水量0.76 mL·g^-1，容重0.85 g·mL^-1；重金属（Cr、Cu、Pb、Zn）含量分别为67.00、238.73、172.11和496.38 mg·kg^-1；植物选用高羊茅（Festuca arundinacea L.）；

纳米碳粒径20-70 nm，比表面积为1.2×10⁵ m² ·kg^-1，pH值为7，施用前对其进行改性，分别得到KMnO₄、H₂SO₄ 或HNO₃改性的纳米碳；

人造雨水的组成成分为（mg/L），NO₃ ^－:1.94； NH₄ ⁺:0.49； Na⁺:1.87；Mg²⁺:0.25； Ca²⁺:0.29； Cl^－:3.41； SO₄ ^2－:2.65； pH:4.40；

（2）实验方法：

1)草坪基质渗漏体系设计

淋溶实验在室内自然光下进行，将63 g沙子置于高25 cm，直径3 cm的PVC管中，高度为5 cm，然后将隔层材料平铺于沙子之上，隔层材料高度为5 cm，最后将70 g堆肥置于堆肥隔层材料上，堆肥的高度为8 cm；在PVC管上层表面播种0.3 g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为16-22℃，36-57%；所述的隔层材料：

其中锯末9.5 g，改性纳米碳5.12 g，高度为5 cm，每种处理分别协同EDTA或DTPA；

2）高羊茅种子播种30 d后，分别将EDTA与DTPA溶于蒸馏水配成10 mmol·g^-1EDTA或10 mmol·g^-1DTPA，然后施于堆肥表面；其用量分别为10 ml。10 d后对草坪草进行刈割处理，留茬1 cm，置于80°C的烘箱中烘干至衡重，刈割后继续浇水使管内含水量保持不变；

3）PVC管的下端封以一层棉布和尼龙网，且管的下方配有接渗滤液的锥形瓶，在施用EDTA和DTPA后的第9、16、23和30 d时，分别将25 ml的人造雨水缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并测定体积，将收集的滤液采用TAS-990原子吸收测定重金属含量。

4、权利要求1所述改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔修复堆肥重金属方法在提高高羊茅对重金属富集方面的应用，所述的以锯末+ HNO₃ 改性纳米碳做隔层对高羊茅地上部分重金属Cd、Zn、Cu的富集量作用显著，锯末+ H₂SO₄改性纳米碳使高羊茅地上部分重金属Cu的富集量作用显著；以锯末+KMnO₄改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cr，Pb，Zn的富集量作用显著。 

5、权利要求1所述改性纳米碳对堆肥中重金属有效态的调控方法在增加阻碍重金属淋溶迁移方面的应用，其中隔层为锯末 + HNO₃改性纳米碳使渗滤液中重金属Cd，Cr，Pb，Zn的含量作用显著；隔层为锯末+ KMnO₄改性纳米碳使渗滤液中重金属Cu的含量作用显著。 

本发明通过试验所达到的结论如下： 

（1）运用3种氧化剂对纳米碳进行氧化改性会使其比表面积发生改变，其中HNO₃改性使纳米碳比表面积减小，而KMnO₄使纳米碳的比表面积增大，有利于提高其吸附性能。

（2）氧化改性改变了纳米碳的表面化学性质，增加了其表面酸性基团的含量，提高了其化学吸附性能，而HNO₃和KMnO₄改性更是显著提高了纳米碳的表面羧基含量，增强了其对极性物质的吸附，有利于对重金属的钝化。 

（3）添加质量比为1%，3%，5%的改性纳米碳，可以有效钝化堆肥中的重金属，降低其有效态含量，其中以添加质量比为5%改性纳米碳效果最优。 

本发明更加详细的制备方法如下： 

1.1材料与方法

1.1 供试材料

生活垃圾堆肥，来自天津市小淀垃圾堆肥处理厂。实验前对垃圾堆肥进行预处理，去除其中的塑料薄膜、砖瓦、石块和玻璃等大块杂物，风干后，过2 mm筛，备用。堆肥理化性质为：pH 7.62，有机质含量221.25 g·kg^-1，全氮13.48 g·kg^-1，有效磷0.078 g·kg^-1，C/N是8.37，饱和含水量0.76 mL·g^-1，容重0.85 g·mL^-1；重金属（Cr、Cu、Pb、Zn）含量分别为67.00、238.73、172.11和496.38 mg·kg^-1。草坪植物选用高羊茅（Festuca arundinacea L.）。

供试纳米碳购于天津市秋实碳黑厂，粒径20-70 nm，比表面积为1.2×10⁵ m² ·kg^-1，pH值为7，施用前对其进行改性。 

1.2 改性纳米碳的制备 

KMnO₄ 改性：称取纳米碳10 g于250 mL锥形瓶中，加入100 mL0.03 mol·L^-1的KMnO₄溶液，静置10 min后，放于万用电热器上沸腾回流1 h。冷却后，用去离子水反复冲洗，使溶液不再浑浊且pH稳定。转移至烧杯，110℃条件下烘干至恒重。

H₂SO₄改性：称取10 g 纳米碳加入到250 mL 20%的H₂SO₄溶液中，在110 ℃条件下加热90 min。冷却后，用去离子水反复冲洗，使溶液不再浑浊且pH稳定。在110℃条件下烘干至恒重。 

HNO₃改性：称取10 g 纳米碳加入到150 mL 65%的硝酸溶液中，置于通风橱的加热板上110 ℃氧化反应2 h。冷却后，用去离子水反复冲洗，使溶液不再浑浊且pH稳定。在110℃条件下烘干至恒重。 

1.3人造雨水的制备 

人造雨水的组成成分为（mg/L），NO₃ ^－:1.94； NH₄ ⁺:0.49； Na⁺:1.87；Mg²⁺:0.25； Ca²⁺:0.29； Cl^－:3.41； SO₄ ^2－:2.65； pH:4.40。

1.4草坪基质渗漏体系设计 

淋溶实验在室内自然光下进行。将沙土（63 g）置于高25 cm，直径3 cm的PVC管中，高度为5 cm，然后将隔层材料平铺于堆肥之上，隔层材料高度为5 cm，最后将堆肥（70 g）置于堆肥材料上，堆肥的高度为8 cm。在PVC管中播种0.3 g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%。室内的温度和相对湿度分别为16-22℃，36-57%。

隔层材料分别CK组：锯末；处理组：锯末- KMnO₄ 改性纳米碳，锯末- H₂SO₄改性纳米碳，锯末-HNO₃  改性纳米碳。其中CK组锯末为12.5 g，高度为5 cm；处理组锯末与改性纳米碳体积比为3:2，即锯末9.5 g，改性纳米碳5.12 g，高度为5 cm。每种处理分别协同EDTA和DTPA进行实验，每组3个重复。共12组，24根PVC管。 

表 1隔层与络合剂及高羊茅的不同处理方案 

高羊茅种子播种30 d后，分别将EDTA与DTPA溶于蒸馏水然后施于堆肥表面，浓度分别为10 mmol·g^-1EDTA与10 mmol·g^-1DTPA；其用量分别为10 ml。10 d后对草坪草进行刈割处理，留茬1 cm。置于80°C的烘箱中烘干至衡重。刈割后继续浇水使管内含水量保持不变。

PVC管的下端封以一层棉布和尼龙网，且管的下方配有接渗滤液的锥形瓶。在施用EDTA和DTPA后的第9、16、23和30 d时，分别将25 ml的人造雨水缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并测定体积。将收集的渗滤液用Whatman No.1试纸过滤并保存在4℃的冰箱中待进一步分析。 

1.5重金属含量分析 

草样称取0.2 g用HNO₃和HCLO₄在120-140℃下消化，所得溶液用蒸馏水定容到25 ml，淋洗液的消化用HNO₃和HCLO₄在120-140℃下消化，所得溶液用蒸馏水定容到50 ml。实验所用试剂均为分析纯，所用器皿用2 mol·L^-1的硝酸清洗，并用蒸馏水水清洗3遍，然后在通风橱内晾干。滤液经滤纸过滤，滤液中重金属含量采用TAS-990原子吸收测定。

1.6数据分析 

文中数据都是3次重复的平均值以及标准差，数据分析采用SPSS11.5软件对所得数据进行比较均值中的单因素ANOVA统计分析。

2 研制结果分析 

2.1不同隔层处理协同螯合剂对高羊茅地上部分生物量（干重）的影响

从表2中我们可以看出，经处理的隔层，均减少了高羊茅的地上生物量，并且与对照组产生了显著差异，其中最为明显的是锯末+ HNO₃改性纳米碳处理组，在协同EDTA和DTPA的条件下分别比对照组减少了4.98%和6.06%。

表2不同隔层处理协同螯合剂对高羊茅地上部分生物量（干重）的影响 

（g/PVC）

注：同列数据不同字母表示差异显著（P<0.05）；下同。

2.2不同隔层处理协同EDTA对高羊茅地上部分重金属富集浓度和富集量的影响 

不同改性纳米碳与锯末混合做隔层会增加高羊茅地上部分的重金属富集浓度。其中，对重金属Zn的影响与对照相比没有显著性差异。以锯末+HNO₃ 改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cd的富集浓度相对对照组显著增加了29.41%；以锯末+KMnO₄改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cr，Cu，Pb的富集浓度相对对照组显著增加了23.8%，6.84%和24.1%。从表3中我们可以看出，各处理对高羊茅地上部分重金属Pb的富集量的影响与对照相比无显著性差异。以锯末+HNO₃ 改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cd和Zn的富集量相对对照组显著增加了21.47%，13.07%；锯末+H₂SO₄改性纳米碳使高羊茅地上部分重金属Cu的富集量相对对照组显著增加了10%；以锯末+KMnO₄改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cr的富集量相对对照组显著增加了15.80%。

表3不同隔层处理协同EDTA的PVC管高羊茅地上部分重金属富集浓度以及富集量 

同一列数据后标注字母相同表示差异不显著，字母不同则差异显著（a = 0.05） 

2.3 DTPA协同不同隔层处理对PVC管高羊茅地上部分重金属富集浓度以及富集量的影响

不同改性纳米碳与锯末混合做隔层会增加高羊茅地上部分的重金属富集浓度。其中，对重金属Zn的影响与对照相比没有显著性差异。以锯末+HNO₃ 改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cd的富集浓度相对对照组显著增加了25.00%；以锯末+KMnO₄改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cr，Cu，Pb的富集浓度相对对照组显著增加了25.54%，7.09%和25.44%。从表4中我们可以看出，高羊茅地上部分重金属富集量处理组与未处理组之间也存在显著差异。以锯末+HNO₃ 改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cd和Cu的富集量相对对照组显著增加了19.57%，20.98%；以锯末+KMnO₄改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cr，Pb，Zn的富集浓度相对对照组显著增加了19.33%和19.13%，7.39%。

表4 不同隔层处理协同DTPA的PVC管高羊茅地上部分重金属富集浓度以及富集量 

同一列数据后标注字母相同表示差异不显著，字母不同则差异显著（a= 0.05） 

2.4 EDTA协同不同隔层处理对PVC管渗滤液中重金属总量的影响

从表5 中我们可以看出，雨水以及EDTA施用后，高羊茅与不同隔层处理阻碍重金属淋溶迁移的作用显著。根据差异的显著性，我们可以看出，对于五种重金属，隔层为锯末+HNO₃改性纳米碳和锯末+KMnO₄改性纳米碳处理之间差异不明显。对于重金属的最优处理为：隔层为锯末+HNO₃改性纳米碳使渗滤液中重金属Cd，Cr，Pb，Zn的含量相比对照组显著降低了17.75%，18.32%，20.63%，10.63%；隔层为锯末+KMnO₄改性纳米碳使渗滤液中重金属Cu的含量相比对照组显著降低了20%。

表5不同隔层处理协同EDTA的PVC管渗滤液中重金属总量以及百分率 

同一列数据后标注字母相同表示差异不显著，字母不同则差异显著（a=0.05） 

2.5 DTPA协同不同隔层处理对PVC管渗滤液中重金属总量的影响

从表6 中我们可以看出，雨水以及DTPA施用后，高羊茅与不同隔层处理阻碍重金属淋溶迁移的作用显著。根据差异的显著性，我们可以看出，对于五种重金属，除重金属Cu，隔层为锯末+HNO₃改性纳米碳和锯末+KMnO₄改性纳米碳处理之间差异不明显。对于重金属的最优处理为：隔层为锯末+HNO₃改性纳米碳使渗滤液中重金属Cd，Cr，Pb，Zn的含量相比对照组显著降低了15.27%，14.49%，20.30%，9.41%；隔层为锯末+KMnO₄改性纳米碳使渗滤液中重金属Cu的含量相比对照组显著降低了23.57%。

表6 不同隔层处理协同DTPA的PVC管渗滤液中重金属总量以及百分率 

同一列数据后标注字母相同表示差异不显著，字母不同则差异显著（a = 0.05） 

3 研制结论

3.1  经处理的隔层，均减少了高羊茅的地上生物量，并且与对照组产生了显著差异，其中最为明显的是锯末+ HNO₃改性纳米碳处理组。

3.2螯合剂协同不同改性纳米碳与锯末混合做隔层会增加高羊茅地上部分的重金属富集量。以锯末+HNO₃ 改性纳米碳做隔层对高羊茅地上部分重金属Cd、Zn、Cu的富集量作用显著，锯末+H₂SO₄改性纳米碳使高羊茅地上部分重金属Cu的富集量作用显著；以锯末+KMnO₄改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cr，Pb，Zn的富集量作用显著。 

3.3高羊茅与不同隔层处理阻碍重金属淋溶迁移的作用显著。隔层为锯末+HNO₃改性纳米碳和锯末+KMnO₄改性纳米碳处理之间差异不明显。对于重金属的最优处理为：隔层为锯末+HNO₃改性纳米碳使渗滤液中重金属Cd，Cr，Pb，Zn的含量作用显著；隔层为锯末+KMnO₄改性纳米碳使渗滤液中重金属Cu的含量作用显著。 

具体实施方式： 

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。其中所用到的化学试剂均有市售。

实施例1 

改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法：

（1）材料的处理：

实验前对垃圾堆肥进行预处理，去除其中的杂物，风干后，过2 mm筛，备用；植物选用高羊茅（Festuca arundinacea L.）；纳米碳粒径20 nm，比表面积为1.2×10⁵ m² ·kg^-1，pH值为7，施用前对其进行改性，分别得到KMnO₄、H₂SO₄ 或HNO₃改性的纳米碳；

人造雨水的组成成分为（mg/L），NO₃ ^－:1.94； NH₄ ⁺:0.49； Na⁺:1.87；Mg²⁺:0.25； Ca²⁺:0.29； Cl^－:3.41； SO₄ ^2－:2.65； pH:4.40；

（2）实验方法：

1)草坪基质渗漏体系设计

淋溶实验在室内自然光下进行，将63 g沙子置于高25 cm，直径3 cm的PVC管中，高度为5 cm，然后将隔层材料平铺于沙子之上，隔层材料高度为5 cm，最后将70 g堆肥置于堆肥隔层材料上，堆肥的高度为8 cm；在PVC管上层表面播种0.3 g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为16℃，36%；所述的隔层材料：

其中锯末9.5 g，改性纳米碳5.12 g，高度为5 cm，每种处理分别协同EDTA或DTPA；

2）高羊茅种子播种30 d后，分别将EDTA与DTPA溶于蒸馏水配成10 mmol·g^-1EDTA或10 mmol·g^-1DTPA，然后施于堆肥表面；其用量分别为10 ml。10 d后对草坪草进行刈割处理，留茬1 cm，置于80°C的烘箱中烘干至衡重，刈割后继续浇水使管内含水量保持不变；

3）PVC管的下端封以一层棉布和尼龙网，且管的下方配有接渗滤液的锥形瓶，在施用EDTA和DTPA后的第9、16、23和30 d时，分别将25 ml的人造雨水缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并测定体积，将收集的滤液采用TAS-990原子吸收测定重金属含量。

实施例2 

改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法：

（1）材料的处理：

实验前对垃圾堆肥进行预处理，去除其中的杂物，风干后，过2 mm筛，备用；植物选用高羊茅（Festuca arundinacea L.）；纳米碳粒径70 nm，比表面积为1.2×10⁵ m² ·kg^-1，pH值为7，施用前对其进行改性，分别得到KMnO₄、H₂SO₄ 或HNO₃改性的纳米碳；

人造雨水的组成成分为（mg/L），NO₃ ^－:1.94； NH₄ ⁺:0.49； Na⁺:1.87；Mg²⁺:0.25； Ca²⁺:0.29； Cl^－:3.41； SO₄ ^2－:2.65； pH:4.40；

（2）实验方法：

1)草坪基质渗漏体系设计

淋溶实验在室内自然光下进行，将63 g沙子置于高25 cm，直径3 cm的PVC管中，高度为5 cm，然后将隔层材料平铺于沙子之上，隔层材料高度为5 cm，最后将70 g堆肥置于堆肥隔层材料上，堆肥的高度为8 cm；在PVC管上层表面播种0.3 g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为22℃，57%；所述的隔层材料：

其中锯末9.5 g，改性纳米碳5.12 g，高度为5 cm，每种处理分别协同EDTA或DTPA；

2）高羊茅种子播种30 d后，分别将EDTA与DTPA溶于蒸馏水配成10 mmol·g^-1EDTA或10 mmol·g^-1DTPA，然后施于堆肥表面；其用量分别为10 ml。10 d后对草坪草进行刈割处理，留茬1 cm，置于80°C的烘箱中烘干至衡重，刈割后继续浇水使管内含水量保持不变；

3）PVC管的下端封以一层棉布和尼龙网，且管的下方配有接渗滤液的锥形瓶，在施用EDTA和DTPA后的第9、16、23和30 d时，分别将25 ml的人造雨水缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并测定体积，将收集的滤液采用TAS-990原子吸收测定重金属含量。

实施例3 

改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法：

（1）材料的处理：

实验前对垃圾堆肥进行预处理，去除其中的杂物，风干后，过2 mm筛，备用；植物选用高羊茅（Festuca arundinacea L.）；纳米碳粒径50 nm，比表面积为1.2×10⁵ m² ·kg^-1，pH值为7，施用前对其进行改性，分别得到KMnO₄、H₂SO₄ 或HNO₃改性的纳米碳；

人造雨水的组成成分为（mg/L），NO₃ ^－:1.94； NH₄ ⁺:0.49； Na⁺:1.87；Mg²⁺:0.25； Ca²⁺:0.29； Cl^－:3.41； SO₄ ^2－:2.65； pH:4.40；

（2）实验方法：

1)草坪基质渗漏体系设计

淋溶实验在室内自然光下进行，将63 g沙子置于高25 cm，直径3 cm的PVC管中，高度为5 cm，然后将隔层材料平铺于沙子之上，隔层材料高度为5 cm，最后将70 g堆肥置于堆肥隔层材料上，堆肥的高度为8 cm；在PVC管上层表面播种0.3 g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为20℃，47%；所述的隔层材料：

其中锯末9.5 g，改性纳米碳5.12 g，高度为5 cm，每种处理分别协同EDTA或DTPA；

2）高羊茅种子播种30 d后，分别将EDTA与DTPA溶于蒸馏水配成10 mmol·g^-1EDTA或10 mmol·g^-1DTPA，然后施于堆肥表面；其用量分别为10 ml。10 d后对草坪草进行刈割处理，留茬1 cm，置于80°C的烘箱中烘干至衡重，刈割后继续浇水使管内含水量保持不变；

3）PVC管的下端封以一层棉布和尼龙网，且管的下方配有接渗滤液的锥形瓶，在施用EDTA和DTPA后的第9、16、23和30 d时，分别将25 ml的人造雨水缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并测定体积，将收集的滤液采用TAS-990原子吸收测定重金属含量。

Claims (3)

1.改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法 ，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）材料的处理：

实验前对垃圾堆肥进行预处理，去除其中的杂物，风干后，过2 mm筛，备用；植物选用高羊茅（Festuca arundinacea L.）；纳米碳粒径20-70 nm，比表面积为1.2×10⁵ m² ·kg^-1，pH值为7，施用前对其进行改性，分别得到KMnO₄、H₂SO₄ 或HNO₃改性的纳米碳；

人造雨水的组成成分为（mg/L），NO₃ ^－:1.94； NH₄ ⁺:0.49； Na⁺:1.87；Mg²⁺:0.25； Ca²⁺:0.29； Cl^－:3.41； SO₄ ^2－:2.65； pH:4.40；

（2）实验方法：

1)草坪基质渗漏体系设计

淋溶实验在室内自然光下进行，将63 g沙子置于高25 cm，直径3 cm的PVC管中，高度为5 cm，然后将隔层材料平铺于沙子之上，隔层材料高度为5 cm，最后将70 g堆肥置于堆肥隔层材料上，堆肥的高度为8 cm；在PVC管上层表面播种0.3 g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与堆肥混合物的含水量保持在其田间持水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为16-22℃，36-57%；

所述的隔层材料：

其中锯末9.5 g，改性纳米碳5.12 g，高度为5 cm，每种处理分别协同EDTA或DTPA；

2）高羊茅种子播种30 d后，分别将EDTA与DTPA溶于蒸馏水配成10 mmol·g^-1EDTA或10 mmol·g^-1DTPA，然后施于堆肥表面；其用量分别为10 ml；10 d后对草坪草进行刈割处理，留茬1 cm，置于80°C的烘箱中烘干至衡重，刈割后继续浇水使管内含水量保持不变；

3）PVC管的下端封以一层棉布和尼龙网，且管的下方配有接渗滤液的锥形瓶，在施用EDTA和DTPA后的第9、16、23和30 d时，分别将25 ml的人造雨水缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并测定体积，将收集的滤液采用TAS-990原子吸收测定重金属含量。

2.权利要求1所述改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法在提高高羊茅对重金属富集方面的应用，所述的以锯末+ HNO₃ 改性纳米碳做隔层对高羊茅地上部分重金属Cd、Zn、Cu的富集量作用显著，锯末+ H₂SO₄改性纳米碳使高羊茅地上部分重金属Cu的富集量作用显著；以锯末+KMnO₄改性纳米碳做隔层使高羊茅地上部分重金属Cr，Pb，Zn的富集量作用显著。

3.权利要求1所改性纳米碳联合草坪草及螯合剂阻隔富集堆肥重金属方法在增加阻碍重金属淋溶迁移方面的应用，其中隔层为锯末 + HNO₃改性纳米碳使渗滤液中重金属Cd，Cr，Pb，Zn的含量作用显著；隔层为锯末+ KMnO₄改性纳米碳使渗滤液中重金属Cu的含量作用显著。