CN107253814A - 畜禽粪便中重金属的靶向去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种畜禽粪便中重金属的靶向去除方法，该靶向去除方法包括：1）将凹凸棒土浸泡至硅酸钠水溶液中，然后调节pH至碱性进行表面沉积以制得二氧化硅包覆的凹凸棒土；2）将二氧化硅包覆的凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲于水中进行水热反应以制得改性凹凸棒土；3）将改性凹凸棒土填充至滤网中，接着将畜禽粪便置于滤网的一侧，然后通过水对畜禽粪进行定向冲洗。

Description

畜禽粪便中重金属的靶向去除方法
技术领域
本发明涉及重金属去除，具体地，涉及一种畜禽粪便中重金属的靶向去除方法。
背景技术
随着现代农业的发展，许多国家禽畜养殖业呈现区域化、规模化、专业化、集约化经营的特点，我国也成为一个集约化养殖大国。随着我国畜禽养殖产业的快速发展，畜禽粪便大量产生。禽畜粪便中含有大量的氮、磷等促进农作物生长的元素，禽畜粪便是潜力较大的有机肥源，进过处理后，可用于农业生产，提高土壤肥力、净化生态环境。
随着科技的发展，饲料成为了现代养殖产业中禽畜粪便的主要营养来源，饲料的适用在规模化养殖中的一个普遍现象。为了促进禽畜的生长发育，目前，国内大多数企业在饲料中普遍加入了高剂量的铜、锌、硒、砷等重金属元素，一般在全价饲料中铜达到200-300mg/kg，硒达到0.30-0.50mg/kg，作为中国特色的浓缩饲料，其中的铜含量可达1000-1500mg/kg，在1%的预混料中，铜的含量达到2000-3000mg/kg。大量的铜和锌等重金属元素通过新陈代谢循环，一部分沉积在动物体组织中，90%的重金属被排除体外，存留在禽畜粪便中。重金属经过饲料添加——禽畜吸收——禽畜排泄——施肥土壤——作物吸收这一途径进入人类食物链，从而被人类吸收影响人类健康。
目前，堆肥是处理禽畜粪便主要较好的方法，然而其只能使重金属沉积，不能除去粪便中的重金属。《中国农业科技导报》2014年第3期第14卷《我国畜禽粪便重金属污染现状及其钝化措施研究进展》一文中，报道了在堆肥过程中，通过加入重金属钝化剂来钝化重金属，然而这一措施并不能达到去除重金属的效果，钝化后的重金属依然存留在禽畜粪便中，并且经过一段时间后，重金属会被释放，依然会对生态环境造成污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种畜禽粪便中重金属的靶向去除方法，该畜禽粪便中重金属的靶向去除方法能够对禽畜粪便中的重金属进行有效的靶向去除。
为了实现上述目的，本发明提供了一种畜禽粪便中重金属的靶向去除方法，该靶向去除方法包括：
1）将凹凸棒土浸泡至硅酸钠水溶液中，然后调节pH至碱性进行表面沉积以制得二氧化硅包覆的凹凸棒土；
2）将二氧化硅包覆的凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲于水中进行水热反应以制得改性凹凸棒土；
3）将改性凹凸棒土填充至滤网中，接着将畜禽粪便置于滤网的一侧，然后通过水对畜禽粪进行定向冲洗。
在上述技术方案中，本发明首先通过将凹凸棒土浸泡至硅酸钠水溶液中，然后调节pH至碱性进行表面沉积，由此便可使得二氧化硅在凹凸棒土的表面得以沉积，即得到二氧化硅包覆的凹凸棒土；接着通过水热反应将丙酮缩氨基硫脲枝接到二氧化硅包覆层的表面以得到改性凹凸棒土；最后通过改性凹凸棒土在定向流动的水中吸附畜禽粪中的重金属离子从而达到靶向去除畜禽粪便中重金属的效果。该靶向去除具有优异的重金属去除效率，同时还具有原料易得且操作简便的效果。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种畜禽粪便中重金属的靶向去除方法，该靶向去除方法包括：
1）将凹凸棒土浸泡至硅酸钠水溶液中，然后调节pH至碱性进行表面沉积以制得二氧化硅包覆的凹凸棒土；
2）将二氧化硅包覆的凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲于水中进行水热反应以制得改性凹凸棒土；
3）将改性凹凸棒土填充至滤网中，接着将畜禽粪便置于滤网的一侧，然后通过水对畜禽粪进行定向冲洗。
在上述靶向去除方法的步骤1）中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤1）中，凹凸棒土、硅酸钠水溶液的重量比为1：3-6，并且硅酸钠水溶液中硅酸钠的浓度为30-41重量%。
在上述靶向去除方法的步骤1）中，浸泡的条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤1）中，浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为35-55℃，浸泡时间为5-8h。
在上述靶向去除方法的步骤1）中，表面沉积的体系的pH可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤1）中，表面沉积的体系的pH为8-10。
在上述靶向去除方法的步骤1）中，表面沉积的条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤1）中，表面沉积至少满足以下条件：沉积温度为45-65℃，沉积时间为6-8h。
在上述靶向去除方法的步骤2）中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤2）中，凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲、水的重量比为1：0.4-0.6：4-7。
在上述靶向去除方法的步骤2）中，水热反应的条件可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤2）中，水热反应至少满足以下条件：于密闭环境中进行，反应温度为105-155℃，反应时间为4-9h。
在上述靶向去除方法的步骤3）中，改性凹凸棒土的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤3）中，相对于1000kg的畜禽粪便，改性凹凸棒土的用量为0.8-1kg。
在上述靶向去除方法的步骤3）中，水的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使得畜禽粪便中重金属去除效果更佳优异，优选地，在步骤3）中，相对于1kg的畜禽粪便，水的用量为12-15kg。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1）将凹凸棒土于45℃下浸泡至硅酸钠水溶液为8（凹凸棒土、硅酸钠水溶液的重量比为1：3.5硅酸钠水溶液中硅酸钠的浓度为30%）中，然后调节pH至9且于70℃下进行表面沉积6h以制得二氧化硅包覆的凹凸棒土；
2）将二氧化硅包覆的凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲于135℃的水（凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲、水的重量比为1：0.8：7）中进行水热反应7h以制得改性凹凸棒土；
3）将改性凹凸棒土填充至滤网中，接着将畜禽粪便置于滤网的一侧，然后通过水对畜禽粪进行定向冲洗（畜禽粪便、改性凹凸棒土、水的用量为1：0.0009：12kg）。
实施例2
实施例1
1）将凹凸棒土于45℃下浸泡至硅酸钠水溶液为6h（凹凸棒土、硅酸钠水溶液的重量比为1：2，硅酸钠水溶液中硅酸钠的浓度为25重量%）中，然后调节pH至8并于63℃下进行表面沉积4h以制得二氧化硅包覆的凹凸棒土；
2）将二氧化硅包覆的凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲于120℃的水（凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲、水的重量比为1：0.55：5）中进行水热反应5.5h以制得改性凹凸棒土；
3）将改性凹凸棒土填充至滤网中，接着将畜禽粪便置于滤网的一侧，然后通过水对畜禽粪进行定向冲洗（畜禽粪便、改性凹凸棒土、水的用量为1：0.0008：12kg）。
实施例3
实施例1
1）将凹凸棒土于56℃下浸泡至硅酸钠水溶液为11h（凹凸棒土、硅酸钠水溶液的重量比为1：5，硅酸钠水溶液中硅酸钠的浓度为38重量%）中，然后调节pH至9并于85℃下进行表面沉积6-8h以制得二氧化硅包覆的凹凸棒土；
2）将二氧化硅包覆的凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲于145℃的水（凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲、水的重量比为1：0.8：8.5）中进行水热反应8h以制得改性凹凸棒土；
3）将改性凹凸棒土填充至滤网中，接着将畜禽粪便置于滤网的一侧，然后通过水对畜禽粪进行定向冲洗（畜禽粪便、改性凹凸棒土、水的用量为1：0.001：16kg）。
对比例1
按照实施例1方法进行，不同的是：步骤3）未使用改性凹凸棒土。
对比例2
按照实施例1方法进行，不同的是：步骤1）中未使用硅酸钠水溶液。
对比例3
按照实施例1方法进行，不同的是：步骤2中未使用丙酮缩氨基硫脲。
检测例1
通过高效液相色谱法检测检测经过滤网处理后的水中的Cu2+的浓度，然后以对比例1中的Cu2+为基准，即记为1，计算出实施例1-3以及对比例2-3中经过滤网处理后的水中的Cu2 +的浓度，具体结果见表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
Cu2+浓度 0.20 0.23 0.17 1 0.90 0.93
通过上述实施例、对比例以及检测例可以看出，本发明提供的方法能够靶向去除禽畜粪便中的重金属。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种畜禽粪便中重金属的靶向去除方法，其特征在于，所述靶向去除方法包括：
1）将凹凸棒土浸泡至硅酸钠水溶液中，然后调节pH至碱性进行表面沉积以制得二氧化硅包覆的凹凸棒土；
2）将二氧化硅包覆的凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲于水中进行水热反应以制得改性凹凸棒土；
3）将改性凹凸棒土填充至滤网中，接着将畜禽粪便置于滤网的一侧，然后通过水对畜禽粪进行定向冲洗。
2.根据权利要求1所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤1）中，所述凹凸棒土、硅酸钠水溶液的重量比为1：3-6，并且所述硅酸钠水溶液中硅酸钠的浓度为30-41重量%。
3.根据权利要求1所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤1）中，所述浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为35-55℃，浸泡时间为5-8h。
4.根据权利要求1所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤1）中，所述表面沉积的体系的pH为8-10。
5.根据权利要求1所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤1）中，所述表面沉积至少满足以下条件：沉积温度为45-65℃，沉积时间为6-8h。
6.根据权利要求1-5中所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤2）中，所述凹凸棒土、丙酮缩氨基硫脲、水的重量比为1：0.4-0.6：4-7。
7.根据权利要求6所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤2）中，所述水热反应至少满足以下条件：于密闭环境中进行，反应温度为105-155℃，反应时间为4-9h。
8.根据权利要求6所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤3）中，相对于1000kg的所述畜禽粪便，所述改性凹凸棒土的用量为0.8-1kg。
9.根据权利要求7或8所述的靶向去除方法，其特征在于，在步骤3）中，相对于1kg的所述畜禽粪便，所述水的用量为12-15kg。
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