CN104226273A - 一种土壤重金属镉吸附微球 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤重金属镉吸附微球，首先将海藻酸钠和聚丙烯酸钠粉末溶于去离子水，再以注射器将海藻酸钠和聚丙烯酸钠混合溶液滴加入氯化钙溶液，通过Ca2+与海藻酸钠交联固定形成不溶于水的海藻酸钙-聚丙烯酸钠微球。制备所得的微球外形为规则球状，粒径约100μm。该微球可有效吸附固定土壤中的重金属元素镉，其对土壤中的重金属镉吸附量达8.7mg/g。该土壤重金属镉吸附微球可广泛应用于镉重金属污染土壤的修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤重金属镉吸附微球，属于污染生态修复技术领域。
背景技术
土壤重金属污染问题已成为国内外普遍关注的环境和社会问题。土壤重金属污染有以下特点：(1)隐蔽性，即土壤重金属污染在一定时期内不表现出对环境的危害性，当其含量超过土壤承受力或土壤环境条件变化时，重金属会突然活化，引起严重的生态危害，有“化学定时炸弹”之称。(2)不可逆性，进入土壤的重金属不能被微生物降解、易积累。(3)伴生性和综合性，在生态环境中，往往是多种重金属污染同时发生，形成符合污染。此外，土壤中的重金属一般具有较强毒性，不仅对土壤中的生物产生毒害作用，更能够通过食物链富集对人群健康造成巨大的健康风险。
目前，已有大量研究报道土壤重金属污染的修复技术。现阶段的重金属污染土壤的修复技术主要包括异位修复和原位修复技术两大类。异位修复即将污染土壤转移，以未受污染的土壤进行替换，或将污染土壤处理后回填。这种修复方法需要投入大量的人力物力，成本很高，难以应用于处理大面积污染的土壤。原位修复技术主要包括电动修复技术、植物修复技术和化学固定修复技术。其中，电动修复技术需要大量电极且耗能巨大，使得修复成本较高，此外，该方法还受 土壤水分条件、pH和氧化还原电位等因素影响，处理效果不尽如人意。植物修复技术则存在见效慢、处理效果与植物生物量密切相关等局限性。
化学固定修复技术是运用石灰、磷酸盐、有机质、粘土矿物、铁锰氧化物等化学物质降低土壤中重金属溶解度和生物毒性的技术方法。此方法具有见效快，受外界干扰小，修复成本低等优点，能够有效降低土壤中重金属的生态和人群健康风险。聚丙烯酸钠是一类新型大分子材料，其固态产品为白色(或浅黄色)块状或粉末。聚丙烯酸钠对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用。海藻酸钠是一种天然多糖，具有安全性和环境友好等特点，广泛应用于食品、医药等行业。聚丙烯酸钠在重金属污染土壤修复方面的应用尚未见诸报道。因此，研究和开发新型的化学物质应用于重金属污染的土壤修复具有重要现实意义。
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，提供一种对土壤中重金属镉具有吸附能力的海藻酸钙-聚丙烯酸钠微球，该微球能够应用于重金属镉污染土壤的修复。
为解决上述技术问题，本发明的方案如下：
一种土壤重金属镉吸附微球的制备方法，具体步骤如下：将海藻酸钠和聚丙烯酸钠溶于去离子水中，配制成海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液，其中海藻酸钠和聚丙烯酸钠的质量百分比分别为2％和8％，将海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液转移至与注射器泵连接的注射器 中，通过注射器将海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液滴加至质量分数为3.5％的氯化钙溶液中，制备所得的微球经过滤、洗涤、干燥，制得海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球。
上述的制备方法中，海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液中，海藻酸钠和聚丙烯酸钠的质量百分比分别为2％和8％，去离子水占溶液质量的90％。
上述的制备方法中，氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为3.5％。
上述的制备方法中，制备所得的微球经过滤、再用去离子水洗涤后，于60℃烘箱中烘干。
本发明制备所得的微球外形为规则球状，粒径约100μm。
本发明还提供一种利用上述制备方法制备所得的海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球在吸附固定土壤中重金属镉中的应用。具体的，所述应用的方法为：将海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球每100～300g一包，用纱布包裹后，铺设在镉污染土壤中，其间距离为10～20cm，铺设深度为10～20cm，吸附时间为10～20天，吸附土壤重金属镉离子的量最高可达8.7mg/g。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明将海藻酸钠和聚丙烯酸钠粉末溶于去离子水，再以注射器将海藻酸钠和聚丙烯酸钠混合溶液滴加入氯化钙溶液，通过Ca2+与海藻酸钠交联固定形成不溶于水的海藻酸钙-聚丙烯酸钠微球，制作工艺过程简单，制备效率高；制备所用的原材料为海藻酸钠、聚丙烯酸钠和氯化钙，均对生物体无害，具有环境友好的特点；制备所得的海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球对 土壤中重金属镉具有明显的吸附固定作用，其对土壤中的重金属镉吸附量达8.7mg/g，能有效降低土壤中重金属的毒性和生物可利用性，可广泛应用于镉重金属污染土壤的修复，在污染生态控制和修复领域具有良好的研究价值和应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明方案作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1一种土壤重金属镉吸附微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠和聚丙烯酸钠粉末在20～50℃水浴条件下溶于去离子水中，配制成海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液，该溶液中海藻酸钠和聚丙烯酸钠的质量百分比分别为2％和8％，去离子水占溶液质量的90％。将混合溶液转移至与注射器泵连接的注射器中；
(2)将氯化钙溶于去离子水中配制成氯化钙溶液，氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为3.5％；
(3)通过注射器将海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液滴加至配制好的氯化钙溶液中；
(4)制备所得的微球通过过滤与氯化钙溶液分离，经去离子水洗涤后置于60℃烘箱中烘干，制得海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球。
实施例2一种土壤重金属镉吸附微球的制备方法和应用，包括 以下步骤：
(1)将海藻酸钠和聚丙烯酸钠粉末在20～50℃水浴条件下溶于去离子水中，配制成海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液，该溶液中海藻酸钠和聚丙烯酸钠的质量百分比分别为2％和8％，去离子水占溶液质量的90％。将混合溶液转移至与注射器泵连接的注射器中；
(2)将氯化钙溶于去离子水中配制成氯化钙溶液，氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为3.5％；
(3)通过注射器将海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液滴加至配制好的氯化钙溶液中；
(4)制备所得的微球通过过滤与氯化钙溶液分离，经去离子水洗涤后置于60℃烘箱中烘干，制得海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球。
(5)海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球每100g一包，用纱布包裹后，铺设在镉污染土壤中，其间距离为10～20cm，铺设深度为10cm，吸附时间为10天，测定微球中的镉含量(用原子吸收仪检测)，10天时微球对土壤重金属镉离子的吸附量(单位质量微球上镉的含量)最高可达8.7mg/g。
Claims (5)
1.一种土壤重金属镉吸附微球的制备方法，其特征在于所述方法为：将海藻酸钠和聚丙烯酸钠溶于去离子水中，配制成海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液，其中海藻酸钠和聚丙烯酸钠的质量百分比分别为2％和8％，将海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液转移至与注射器泵连接的注射器中，通过注射器将海藻酸钠-聚丙烯酸钠混合溶液滴加至质量分数为3.5％的氯化钙溶液中，制备得到的微球经过滤、洗涤、干燥，制得海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述制备所得的微球过滤、再用去离子水洗涤后，于60℃烘箱中烘干，制得海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球。
3.如权利要求1～2之一所述的方法制得的海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球。
4.如权利要求3所述的海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球在吸附固定土壤中重金属镉中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于所述应用的方法为：将海藻酸钙-聚丙烯酸钠吸附微球每100～300g一包，用纱布包裹后，铺设在镉污染土壤中，其间距离为10～20cm，铺设深度为10～20cm，吸附时间为10～20天，可吸附固定土壤重金属镉。
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