CN104043403B - 一种用于土壤重金属镉吸附的吸附板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于土壤重金属镉吸附的吸附板及其制备方法，水稻秸秆和/或稻壳用磷酸改性，然后和海藻酸钠混合配成匀浆，将匀浆加入中空有内腔的筒状模具中，所述筒状模具包括底面和与底面边缘密封连接的侧面筒，模具在模具内腔的底部内表面垂直于模具底平面方向均匀布置有多根相互平行的柱子，将装有匀浆的模具于-20℃温度下冷冻定型，脱模，制得海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒多孔吸附板。本发明还提供利用上述方法制得的多孔吸附板在吸附固定土壤中重金属镉中的应用。本发明方法操作简单，成本低廉，不会造成二次污染，可广泛应用于重金属镉污染土壤的修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于土壤重金属镉吸附的吸附板及其制备方法和应用，属于污染生态修复技术领域。
背景技术
随着社会和经济的快速发展，人类对环境中资源的开发力度也越来越大，伴随的环境污染问题也日益严重。其中，土壤重金属污染是环境污染的重要方面。目前，我国受重金属污染的耕地面积约占总耕地面积的五分之一。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特性，可通过食物链土壤—植物—(动物)—人类进入体内，对人类健康和生命造成严重危害。因此，土壤重金属污染治理成为当下人们关注的焦点，而在重金属污染中，由于镉应用广，消费方式多样化，造成的污染最为严重。文献记载，镉污染农田的面积已达到2×104hm2，而77％～86.6％的土壤镉积累在30cm以上的土层。
镉是一种非必需且生物毒性最强的重金属元素。镉在土壤中的存在形态很多，但大致可分为水溶性镉和非水溶性镉，二者可随环境条件的变化相互转化。在酸性环境中，土壤中的镉较容易被植物吸收。和其他重金属相比，镉容易以危险的含量水平进入人体，被人体吸收后，主要分布在肝脏和肾脏中，对人体造成严重伤害。目前对土壤中镉的治理和修复措施主要包括：物理措施、化学措施、生物措施和生态措施。物理措施主要是对土壤进行更新，但因该措施需耗费大量的资金、人力和物力等，没有得到很好地推广；化学措施则是通过在土壤中添加改良剂、表面活性剂等，使土壤得到净化。大多数化学措施操作简单，在污染较轻的土壤中达到了明显效果，但在污染较严重的的土壤中则镉浓度没有达到安全指标；生物措施和生态措施，则因其修复时间较长，没有得到大量推广。因此，研究和开发新型的土壤重金属镉修复和治理措施迫在眉睫。
我国是世界上最大的水稻种植国家，水稻秸秆和稻壳资源十分丰富。大量的稻壳因其表面坚硬、硅含量高而不易被细菌分解，废弃而造成环境污染；水稻秸秆则可通过限氧裂解法等制备秸秆生物碳来提升土壤肥力和增加土壤碳汇，对于水稻秸秆和稻壳的利用范围相对较窄，近年来，使用农业废弃物治理和修复土壤中的重金属得到广泛研究，但使用水稻秸秆和稻壳作为吸附剂的研究却很少。海藻酸钠是一种粘性较强的天然多糖，因其具有稳定性、溶解性和安全性等特点而被广泛应用于食品、纺织、制药业等领域，其特殊的化学结构很容易与一些二价阳离子或多价阳离子形成凝胶。将水稻秸秆和稻壳颗粒与海藻酸钠混合使用于土壤重金属镉的修复中，不仅提高了水稻秸秆和稻壳的综合利用价值，也为重金属污染的土壤修复提供了新技术、新方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于土壤重金属镉吸附的吸附板及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用于土壤重金属镉吸附的吸附板的制备方法，所述方法为：
将水稻秸秆和/或稻壳去除杂质、清洗，烘干后粉碎，得粉碎颗粒；粉碎颗粒中加入1～3mol/L的磷酸(优选1mol/L)，磷酸的加入比例为：每100g粉碎颗粒加入25mL磷酸，混合均匀后在120～130℃下改性活化60～90min，然后干燥除去水分，得到改性颗粒；按照海藻酸钠：改性颗粒的质量比2：3称取原料，将海藻酸钠加入去离子水，搅拌混匀，再加入改性颗粒，混合均匀，配制成固含量20～30％的匀浆，将匀浆加入中空有内腔的筒状模具中，所述筒状模具包括底面和与底面边缘密封连接的侧面筒，底面和侧面筒垂直，底面和侧面筒围成中空内腔，所述模具在模具内腔的底部内表面垂直于模具底平面方向均匀布置有多根相互平行的柱子，将装有匀浆的模具于-20℃温度下冷冻定型(通常冷却30～60分钟)，脱模，制得海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒多孔吸附板。
所述水稻秸秆和/或稻壳是指水稻秸秆、稻壳中的任意一种或两种以任意比例的混合，两种原料均适用于本发明，本发明实施例中使用的是质量比1：1的水稻秸秆和稻壳，但不局限于这个比例，其他任意比例均可。
所述方法中，所述水稻秸秆和/或稻壳优选去除杂质后用去离子水清洗，100～120℃的烘箱中烘干至恒重，用粉碎机粉碎后过40目标准筛，得粉碎颗粒。
所述方法中，所述筒状模具包括底面和与底面边缘密封连接的侧面筒，所述侧面筒与底面垂直，底面和侧面筒围成中空内腔，所述底面可以为各种形状，可以为圆形、方形等，所述侧面筒相应的可以为圆筒状或方筒状，所述模具内部的柱子设置于模具内腔的底部内表面，柱子垂直于模具底平面方向，与模具的垂直轴线相互平行。所述柱子的形状也可以为各种形状，如圆形、方形等。模具内装有匀浆的高度不高于柱子的最低高度，所述柱子的高度通常不大于模具内腔的高度，优选柱子高度和模具内腔高度相同。模具内腔的高度优选小于模具底面的平面尺寸直径。所述柱子的平面密度优选为1～10根/100cm2。
进一步，优选所述筒状模具为方形筒状模具，包括底面和与底面垂直、与底面边缘密封连接的侧面筒，底面为长方形，长度为30cm，宽度为20cm，底面和侧面筒围成中空方形内腔，内腔高度2cm，内腔底表面上均匀分布着9～15根相互平行、且垂直于底表面的柱子，柱子直径为1～2cm，柱长为2cm。
所述匀浆的固含量20～30％，固含量是指匀浆中海藻酸钠和改性颗粒的质量占匀浆总质量的百分数。
本发明还提供一种利用上述方法制备所得的海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒多孔吸附板在吸附固定土壤中重金属镉中的应用，对土壤中重金属镉的吸附量可达16.9mg/g。
具体的，所述应用的方法为：将镉污染土壤翻新，使土壤处于较松弛的状态，土壤翻新深度为30～40cm；然后将多个海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒多孔吸附板垂直于土壤平面，插入土壤中，吸附板之间相互平行(优选平行且共轴线)，吸附板之间的垂直间隔距离为10～20cm；吸附板顶部到土壤表面的垂直距离(铺设深度)为2～5cm，吸附时间为5～15天，可吸附固定土壤重金属镉，对土壤中重金属镉的吸附量可达16.9mg/g。吸附处理后吸附有重金属镉的多孔吸附板从土壤中取出回收处理，吸附处理后的土壤进行回填。
所述应用方法中，优选每5天更换一次新吸附板。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明整个操作过程简单、快速，吸附效率高；制备吸附板所用的材料来源广，价格低廉，对土壤不会造成二次污染，具有很好的实用性和发展前景；按该方法将海藻酸钠-稻壳颗粒吸附板竖着插入土壤中，对土壤中重金属镉具有明显的吸附固定作用，能有效地降低土壤中重金属镉的含量，减少镉对植物体造成的危害。在污染生态控制和土壤修复领域具有良好的研究价值和应用前景。
附图说明
图1海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒吸附板在土壤中的铺设示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
1.海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒吸附板的制备：
(1)首先将质量比1：1水稻秸秆和稻壳去除杂质后用去离子水冲洗干净，然后放在100～120℃的烘箱中烘干至恒重，用粉碎机粉碎并过40目标准筛，得粉碎颗粒；按每100g粉碎颗粒加入25mL1mol/L的磷酸的比例，向粉碎颗粒中加入磷酸，混合均匀后在120℃下改性活化60min，干燥除去水分，得到改性颗粒；
(2)按照海藻酸钠：改性颗粒的质量比2：3称取原料，将海藻酸钠加入20～40℃的去离子水，搅拌混匀后加入改性混合颗粒，混合均匀，配制成固含量20％的匀浆。
3)将匀浆缓慢地加入筒状模具中，所述筒状模具为方形筒状模具，包括底面和与底面垂直、与底面边缘密封连接的侧面筒，底面为长方形，长度为30cm，宽度为20cm，底面和侧面筒围成中空方形内腔，内腔高度2cm，内腔底表面上均匀分布着9根相互平行、且垂直于底表面的柱子，柱子直径为1～2cm，柱长为2cm，模具内匀浆的高度不高于2cm，将装有匀浆的模具放入-20℃的冰箱中冷却30分钟，冷冻定型，最后脱模，制得海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒多孔吸附板；
2.将土壤进行翻新，使土壤处于较松弛的状态，土壤翻新深度为30～40cm；
3.将多个海藻酸钠-水稻秸秆和稻壳颗粒多孔吸附板竖直插入镉污染土壤中，吸附板之间相互平行且共轴线，吸附板之间的垂直间隔距离为10～20cm；吸附板插入的深度是使吸附板顶部与土壤平齐。
4.然后在插有吸附板的土壤表层再铺设一层土壤，使土壤均匀地覆盖在吸附板以上，覆盖土壤的厚度为2～5cm。铺设示意图如图1所示。
吸附时间为10天，每5天更换一次新吸附板，测定吸附板中的镉含量(采用原子吸收仪检测)，10天时吸附板对土壤重金属镉的吸附量(单位质量吸附板上镉的含量)平均达16.9mg/g。吸附处理后吸附有重金属镉的吸附板从土壤中取出回收处理，吸附处理后的土壤进行回填。
Claims (10)
1.一种用于土壤重金属镉吸附的吸附板的制备方法，其特征在于所述方法为：将水稻秸秆和/或稻壳去除杂质、清洗，烘干后粉碎，得粉碎颗粒；粉碎颗粒中加入1～3mol/L的磷酸，混合均匀后在120～130℃下改性活化60～90min，然后干燥除去水分，得到改性颗粒；按照海藻酸钠：改性颗粒的质量比2：3称取原料，将海藻酸钠加入去离子水，搅拌混匀，再加入改性颗粒，混合均匀，配制成固含量20～30％的匀浆，将匀浆加入中空有内腔的筒状模具中，所述筒状模具包括底面和与底面边缘密封连接的侧面筒，底面和侧面筒垂直，底面和侧面筒围成中空内腔，所述模具在模具内腔的底部内表面垂直于模具底平面方向均匀布置有多根相互平行的柱子，将装有匀浆的模具于-20℃温度下冷冻定型，脱模，制得多孔吸附板。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述磷酸的加入比例为：每100g粉碎颗粒加入25mL磷酸。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述磷酸为1mol/L的磷酸。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述水稻秸秆和/或稻壳去除杂质后用去离子水清洗，100～120℃的烘箱中烘干至恒重，用粉碎机粉碎后过40目标准筛，得粉碎颗粒。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述模具内柱子的高度为模具内腔的高度，模具内匀浆的高度不高于柱子的高度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述柱子的平面密度为1～10根/100cm2。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述筒状模具为方形筒状模具，包括底面和与底面垂直、与底面边缘密封连接的侧面筒，底面为长方形，长度为30cm，宽度为20cm，底面和侧面筒围成中空方形内腔，内腔高度2cm，内腔底表面上均匀分布着9～15根相互平行、且垂直于底表面的柱子，柱子直径为1～2cm，柱长为2cm。
8.如权利要求1～7之一所述的方法制得的多孔吸附板。
9.如权利要求8所述的多孔吸附板在吸附固定土壤中重金属镉中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于所述应用的方法为：将镉污染土壤翻新，土壤翻新深度为30～40cm；然后将多个多孔吸附板垂直于土壤平面，插入土壤中，吸附板之间相互平行，吸附板之间的垂直间隔距离为10～20cm；吸附板顶部到土壤表面的垂直距离为2～5cm，吸附时间为5～15天，吸附处理后吸附有重金属镉的多孔吸附板从土壤中取出回收处理，吸附处理后的土壤进行回填。
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- 2014-05-07 CN CN201410192018.6A patent/CN104043403B/zh active Active
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| CN104043403A (zh) | 2014-09-17 |
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