CN107413829B - 一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，所述制备方法是：将天然纤维素在植物粉碎机中粉碎，过筛，将粉碎后的天然纤维素和含有0.01%~10%的硅烷偶联剂混合在球磨机中研磨0~24小时，经过滤、干燥，得到改性的纤维素。本发明的优点是：原料价廉、易得，设备及工序简单，无污染，成本低，易于工业化、规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，特别涉及一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法。
背景技术
汞是一种有毒的价态为一价和二价的重金属元素，并且它是常温下唯一呈液体的金属元素，汞的内聚力很强，在空气中能稳定存在。汞蒸气有剧毒，溶于浓硫酸和浓硝酸，但与盐酸、稀硫酸、碱都不起作用，能溶解许多金属。从化学的角度上看，汞是剧毒的而且毒性持续时间很长，能被生物体富集化。汞可以从无机物转变成有机物，这一特性在元素中是独一无二的。环境中的任何形式的汞都可以在一定条件下转化为剧毒的甲基汞。
土壤是环境系统的核心介质，是沟通水体和大气的纽带，承受着环境中大约 90%来自各方面的污染物。相关报道表明，国内外很多地方土壤都受到了不同程度的汞污染。土壤汞污染主要来自三个方面: 一是金属矿产的开采。其中最主要的是汞矿的开采，还包括金矿、 铜锌矿的开采，使含汞废物滥排，导致矿区周围土壤汞浓度超标; 二是工厂过量排放含汞废物，主要是一些大量使用汞的工厂， 如氯碱工厂等; 三是军事设施排放的汞导致的汞超标和一些垃圾填埋场附近的汞含量超标。此外，大气汞干湿沉降也是土壤汞污染的原因之一。
土壤中的汞与其他地方的汞污染相比更具有潜伏性，主要表现在三个方面，首先是对食品安全的影响，研究发现，作物籽实的Hg含量与土壤Hg含量呈显著相关，并且不同作物对汞的吸收有较大差异，其中水稻对Hg的富集能力最强。其次是对植物生长的影响，低浓度的汞可以抑制植物的生长，较高浓度的汞甚至会导致植物的死亡。再次是土壤中汞的再扩散，汞的迁移主要包括三个部分，包括气迁移、水迁移和生物迁移三个方面，气迁移是土壤中的汞经过一定化学变化转化为单质汞释放到大气，还包括土壤中的汞随扬尘的迁移和植物挥发等。水迁移主要是指土壤中的汞在土壤淋溶和径流冲刷的作用下进入水体而造成的迁移，也是偏远地区湖泊中汞污染的重要来源之一。土壤中汞的生物迁移主要是植物和土壤动物对汞的富集，植物中的汞还可能被农畜富集，从而影响人体健康。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，该制备方法所得的材料针对土壤中有效态汞（间隙汞、水溶态汞和可交换汞）能取得较好的稳定化效果。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，所述制备方法是：采用天然纤维素为原料，利用纤维素的接枝共聚改性方法，改性成为具有阳离子吸附性的功能吸附材料。
作为优选，所述一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，依次包括以下步骤：
（1）将天然纤维素用植物粉碎机粉碎，过筛，得到粒度较小的天然纤维素；
（2）将步骤（1）得到的纤维素置于球磨机中研磨，同时加入硅烷偶联剂的水溶液，一边研磨一边改性；
（3）研磨完毕，加入定量的95%的乙醇进行清洗、抽滤，然后用去离子水清洗至中性后干燥备用。
作为优选，所述一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法步骤（1）中天然纤维素包括但不限于木质纤维素、棉纤维、秸秆、甘蔗渣及纸张。
作为优选，所述一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法步骤（2）中球磨机研磨时间为0~24小时。
作为优选，所述一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法步骤（2）中硅烷偶联剂水溶液的浓度为0.01%~10%。
作为优选，所述一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法步骤（2）中硅烷偶联剂包括但不限于硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-590。
作为优选，所述一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，改性的纤维素能够吸附土壤中的汞，对土壤中的有效态汞（间隙汞、水溶态汞和可交换汞）起到稳定化的作用，且本身绿色、环保、无污染，在土壤中可降解。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，依次包括以下步骤：
（1）将天然纤维素在植物粉碎机中粉碎，过60目筛；
（2）称取200g纤维素，用100ml含有0.01%的硅烷偶联剂混合，在球磨机中研磨0.5h；
（3）用定量的95%的乙醇进行清洗、抽滤，然后用去离子水清洗至中性后干燥，得到改性后的纤维素。
用HgSO4配制含汞废水，对于50ppm含汞废水吸附剂投加量为2g/L，振荡吸附2h，用带有滤头针管过滤，逐级稀释若干倍后用原子荧光光度计得到吸附平衡浓度，改性后的纤维素对含汞废水的吸附容量为23.4mg/g，吸附率为93.4%。
土壤采用配制模拟土壤的方法，取土样风干，研磨，过100目筛，喷淋HgSO4配制的含汞溶液，使得土壤中的汞含量达到20mg/kg，风干，研磨，过100目筛，将配制好的含汞土壤装入塑料盆中，每盆装入500 g 土壤。
实验设计3个处理，分别为改性吸附剂+土样、未改性吸附剂+土样、土样。其中，吸附剂的加入量均为1g，将吸附剂与土壤充分混匀后，向塑料盆中加入适量去离子水，保持土壤湿润，将塑料盆放在室温下进行培养，期间定期添加去离子水，分别在土样培养后的第3、5、7、14 d 取样。每次每个处理取4个重复，样品风干后，磨碎用作Hg含量的测定。
浸取，用冷原子荧光法测定土壤中水溶态汞和可交换汞。土壤的生物有效态汞将小于1mg/kg，改性后的纤维素对生物有效态汞的吸附率可达到95.2%。
实施例2
一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，依次包括以下步骤：
（1）将天然纤维素在植物粉碎机中粉碎，过60目筛；
（2）称取200g纤维素，用100ml含有0.1%的硅烷偶联剂混合，在球磨机中研磨1h；
（3）用定量的95%的乙醇进行清洗、抽滤，然后用去离子水清洗至中性后干燥，得到改性后的纤维素。
用HgSO4配制含汞废水，对于50ppm含汞废水吸附剂投加量为2g/L，振荡吸附2h，用带有滤头针管过滤，逐级稀释若干倍后用原子荧光光度计得到吸附平衡浓度，改性后的纤维素对含汞废水的吸附容量为23.9mg/g，吸附率为95.8%。
土壤采用配制模拟土壤的方法，取土样风干，研磨，过100目筛，喷淋HgSO4配制的含汞溶液，使得土壤中的汞含量达到20mg/kg，风干，研磨，过100目筛，将配制好的含汞土壤装入塑料盆中，每盆装入500 g 土壤。
实验设计3个处理，分别为改性吸附剂+土样、未改性吸附剂+土样、土样。其中，吸附剂的加入量均为1g，将吸附剂与土壤充分混匀后，向塑料盆中加入适量去离子水，保持土壤湿润，将塑料盆放在室温下进行培养，期间定期添加去离子水，分别在土样培养后的第3、5、7、14 d 取样。每次每个处理取4个重复，样品风干后，磨碎用作Hg含量的测定。
浸取，用冷原子荧光法测定土壤中水溶态汞和可交换汞。土壤的生物有效态汞将小于1mg/kg，改性后的纤维素对生物有效态汞的吸附率可达到96.3%。
实施例3
一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，依次包括以下步骤：
（1）将天然纤维素在植物粉碎机中粉碎，过60目筛；
（2）称取200g纤维素，用100ml含有2%的硅烷偶联剂混合，在球磨机中研磨2h；
（3）用定量的95%的乙醇进行清洗、抽滤，然后用去离子水清洗至中性后干燥，得到改性后的纤维素。
用HgSO4配制含汞废水，对于50ppm含汞废水吸附剂投加量为2g/L，振荡吸附2h，用带有滤头针管过滤，逐级稀释若干倍后用原子荧光光度计得到吸附平衡浓度，改性后的纤维素对含汞废水的吸附容量为24.3mg/g，吸附率为97.2%。
土壤采用配制模拟土壤的方法，取土样风干，研磨，过100目筛，喷淋HgSO4配制的含汞溶液，使得土壤中的汞含量达到20mg/kg，风干，研磨，过100目筛，将配制好的含汞土壤装入塑料盆中，每盆装入500 g 土壤。
实验设计3个处理，分别为改性吸附剂+土样、未改性吸附剂+土样、土样。其中，吸附剂的加入量均为1g，将吸附剂与土壤充分混匀后，向塑料盆中加入适量去离子水，保持土壤湿润，将塑料盆放在室温下进行培养，期间定期添加去离子水，分别在土样培养后的第3、5、7、14 d 取样。每次每个处理取4个重复，样品风干后，磨碎用作Hg含量的测定。
浸取，用冷原子荧光法测定土壤中水溶态汞和可交换汞。土壤的生物有效态汞将小于1mg/kg，改性后的纤维素对生物有效态汞的吸附率可达到97.2%。
实施例4
一种以可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，依次包括以下步骤：
（1）将天然纤维素在植物粉碎机中粉碎，过60目筛；
（2）称取200g纤维素，用100ml含有10%的硅烷偶联剂混合，在球磨机中研磨3h；
（3）用定量的95%的乙醇进行清洗、抽滤，然后用去离子水清洗至中性后干燥，得到改性后的纤维素。
用HgSO4配制含汞废水，对于50ppm含汞废水吸附剂投加量为2g/L，振荡吸附2h，用带有滤头针管过滤，逐级稀释若干倍后用原子荧光光度计得到吸附平衡浓度，改性后的纤维素对含汞废水的吸附容量为24.8mg/g，吸附率为99.2%。
土壤采用配制模拟土壤的方法，取土样风干，研磨，过100目筛，喷淋HgSO4配制的含汞溶液，使得土壤中的汞含量达到20mg/kg，风干，研磨，过100目筛，将配制好的含汞土壤装入塑料盆中，每盆装入500 g 土壤。
实验设计3个处理，分别为改性吸附剂+土样、未改性吸附剂+土样、土样。其中，吸附剂的加入量均为1g，将吸附剂与土壤充分混匀后，向塑料盆中加入适量去离子水，保持土壤湿润，将塑料盆放在室温下进行培养，期间定期添加去离子水，分别在土样培养后的第3、5、7、14 d 取样。每次每个处理取4个重复，样品风干后，磨碎用作Hg含量的测定。
浸取，用冷原子荧光法测定土壤中水溶态汞和可交换汞。土壤的生物有效态汞将小于1mg/kg，改性后的纤维素对生物有效态汞的吸附率可达到98.4%。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种可降解天然生物质的土壤汞稳定化药剂的制备方法，所述方法依次包括以下步骤：
（1）将天然纤维素在植物粉碎机中粉碎，过60目筛；
（2）称取200g纤维素，用100ml含有10%的硅烷偶联剂水溶液混合，在球磨机中研磨3h；
（3）用定量的95%的乙醇进行清洗、抽滤，然后用去离子水清洗至中性后干燥，得到改性后的纤维素；
用HgSO4配制含汞废水，对于50ppm含汞废水改性后的纤维素投加量为2g/L，振荡吸附2h，用带有滤头针管过滤，逐级稀释若干倍后用原子荧光光度计测得吸附平衡浓度，改性后的纤维素对含汞废水的吸附容量为24.8mg/g，吸附率为99.2%，
土壤采用配制模拟土壤的方法，取土样风干，研磨，过100目筛，喷淋HgSO4配制的含汞溶液，使得土壤中的汞含量达到20mg/kg，风干，研磨，过100目筛，将配制好的含汞土壤装入塑料盆中，每盆装入500 g 土壤，
改性后的纤维素的加入量均为1g，将改性后的纤维素与土壤充分混匀后，向塑料盆中加入适量去离子水，保持土壤湿润，将塑料盆放在室温下进行培养，期间定期添加去离子水，分别在土样培养后的第3、5、7、14 d 取样，每次处理取4个重复，样品风干后，磨碎用作Hg含量的测定，
浸取，用冷原子荧光法测定土壤中水溶态汞和可交换汞，土壤的生物有效态汞小于1mg/kg，改性后的纤维素对生物有效态汞的吸附率可达到98.4%。
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