CN109894462A - 一种富集和回收土壤重金属铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富集和回收土壤重金属铜的方法，S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种，S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，涉及土壤修复技术领域。该富集和回收土壤重金属铜的方法，利用蓖麻修复受重金属Cu污染的土壤，成本低、污染少、操作简便、不破坏土壤本身结构，利用蓖麻修复土壤的同时可以产生一定的经济效益，前景可观，该方法回收率高，制得的硫化铜可用作分析试剂，利用蓖麻修复达到标准的土地，土壤结构等得到改良，可以选种多种作物，具有较好的生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体为一种富集和回收土壤重金属铜的方法。
背景技术
蓖麻属大戟科，多年生木质草本植物，蓖麻适应性强、根系发达、生长速度快、生物量大，对Cu有很好的吸收和积累作用，可以作为土壤重金属Cu的超积累植物，重金属铜是部分地区由于铜矿开采、“三废”排放、含铜杀菌剂频繁使用、城市污泥堆肥农用以及含铜垃圾不合理排放等，造成的远超土壤环境容量的重金属Cu，对动植物构成威胁，严重影响人类健康。
当前针对受铜污染的土壤采用的主要修复方法诸如物理/化学修复，微生物修复等，存在投资大、设备复杂，对环境扰动性大等缺点，采用植物修复法，存在对植物残体不处置或处置不当造成二次污染等问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种富集和回收土壤重金属铜的方法，解决了现有的受铜污染的土壤修复方法投资大、设备复杂，对环境扰动性大的问题，同时对植物残体进行处置利用，从根本上杜绝了二次污染。
(二)技术方案
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种富集和回收土壤重金属铜的方法，包括如下步骤：
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Cu含量，如果达不到安全指标，继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，500-550℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡18-24min，9000r/min条件下离心8-12min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B，滤液A中含有K+、Na+、Ca2+等可溶性离子；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡17-23min，在9000r/min条件下离心9-11min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，去除PbO，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.4-0.6h，振荡15-25min，在9000r/min条件下离心6-14min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡19-21min，在9000r/min条件下离心7-13min，过滤，得滤液G和滤渣H，滤渣H即为CuS。
重金属主要集中在蓖麻根部，不会对果实造成污染，因此以其为原料制得的蓖麻油不会被重金属污染。
蓖麻对重金属铜的富集，是土壤中的重金属Cu被蓖麻根系吸收，在蒸腾作用下通过木质部运输到蓖麻茎叶中，蓖麻对重金属的转运能力较差，积累主要集中在根部，铜矿区废弃地蓖麻根中含量最高达3495.1mg/kg，叶片中含量最高达717.9mg/kg，茎中含量最高达572.3mg/kg。
优选的，所述步骤S4中秸秆颗粒可用作烧锅炉使用，对使用情况需进行全面跟踪，确保炭渣得到全部回收，不流失。
优选的，所述步骤S6中蒸馏水添加的份量为灰分重量的5-7倍。
优选的，所述步骤S7中滤液A中的K2O、Na2O和CaO溶于水分别形成的KOH、NaOH和Ca(OH)2。
优选的，所述步骤S5中灰分主要含有Ca、Mg、K、Na、Si、Fe、Al等元素，大部分金属和硅元素以氧化物形式存在于灰分中，利用蓖麻修复受Cu污染的土壤，蓖麻植株富集Cu元素，灰分中含有一定量的CuO。
(三)有益效果
本发明提供了一种富集和回收土壤重金属铜的方法。具备以下有益效果：
(1)、富集和回收土壤重金属铜的方法，通过S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种，S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，利用蓖麻修复受重金属Cu污染的土壤，成本低、污染少、不破坏土壤本身结构，利用蓖麻修复土壤的同时可以产生一定的经济效益，前景可观，蓖麻油作为重要的化工原料和生物能源，用途广泛，以蓖麻秸秆制作生物质燃料，可以废物利用，符合国家农林废弃物利用政策。
(2)、富集和回收土壤重金属铜的方法，通过S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，S7、过滤S6中制得的灰分提取液，S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，S9、将S8制得的溶液C进行过滤，S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，该方法回收率高，可实现对植物残体的利用和植物残体中重金属的回收利用，制得的硫化铜可用作分析试剂，利用蓖麻修复达到标准的土地，土壤结构等得到改良，可以选种多种作物，增加经济收益，同时具有较好的生态效益。
附图说明
图1为本发明灰分制备的流程图；
图2为本发明硫化铜制备的流程图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供三种技术方案：一种富集和回收土壤重金属铜的方法，具体包括以下实施例：
实施例1
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Cu含量，如果达不到安全指标，继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，500℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，蒸馏水添加的份量为灰分重量的5倍，70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡18min，9000r/min条件下离心8min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B，滤液A中含有K+、Na+、Ca2+等可溶性离子；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡17min，在9000r/min条件下离心9min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，去除PbO，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.4h，振荡15min，在9000r/min条件下离心6min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡19min，在9000r/min条件下离心7min，过滤，得滤液G和滤渣H，滤渣H即为CuS。
实施例2
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Cu含量，如果达不到安全指标，继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，525℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，蒸馏水添加的份量为灰分重量的6倍，70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡20min，9000r/min条件下离心10min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B，滤液A中含有K+、Na+、Ca2+等可溶性离子；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡20min，在9000r/min条件下离心10min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，去除Pb，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.5h，振荡20min，在9000r/min条件下离心10min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡20min，在9000r/min条件下离心10min，过滤，得滤液G和滤渣H，滤渣H即为CuS。
实施例3
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Cu含量，如果达不到安全指标，继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，550℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，蒸馏水添加的份量为灰分重量的7倍，70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡24min，9000r/min条件下离心12min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B，滤液A中含有K+、Na+、Ca2+等可溶性离子；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡23min，在9000r/min条件下离心11min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，去除Pb，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.6h，振荡25min，在9000r/min条件下离心14min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡21min，在9000r/min条件下离心13min，过滤，得滤液G和滤渣H，滤渣H即为CuS。
效果实施例
某华北地区耕地，土壤内含有大量重金属Cu，选取其中三块同等污染程度，同等面积的耕地分别采用实施例1-3中的方法对重金属Cu进行富集以及回收利用，两年后，经检测三块耕地内重金属Cu均符合安全指标，但采用实施例2方法中制得的硫化铜份量明显比用实施例1和用实施例3中制得的硫化铜份量多，综上所述得出实施例2中富集和回收土壤重金属Cu的方法最佳。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种富集和回收土壤重金属铜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据重金属污染土地所在地区气候条件选择适宜的蓖麻品种；
S2、第1年将S1中选取的蓖麻品种按一定行株距种植，加强田间管理，促进蓖麻生长，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放；
S3、第2年十字交叉方向旋耕土地，继续种植S1中选取的蓖麻品种，错行错株种植，果实成熟后采收晒干脱粒，植株地上部分收割后晒干存放，犁地，捡拾出蓖麻根晒干存放，收获后检测土壤重金属Cu含量，如果达不到安全指标，继续种植，直到检测结果达到安全指标；
S4、将S2和S3中的蓖麻秸秆和根经加工制成秸秆颗粒生物质燃料，秸秆颗粒定向供应，专做燃料用途，燃烧后得炭渣；
S5、选取S4中制得的适量炭渣放在蒙福炉中，500-550℃灰化1h，至样品呈灰白色，得到灰分；
S6、选取S5中制得的灰分中加入蒸馏水，70℃恒温水浴振荡浸泡1h后，振荡18-24min，9000r/min条件下离心8-12min，得到灰分提取液备用；
S7、过滤S6中制得的灰分提取液，得到滤液A和滤渣B，滤液A中含有K+、Na+、Ca2+等可溶性离子；
S8、将S7中制得的滤渣B进行烘干，烘干后，加入20％丙酮溶液，PbO溶于丙酮中，恒温水浴浸泡1h，振荡17-23min，在9000r/min条件下离心9-11min，得到溶液C；
S9、将S8制得的溶液C进行过滤，去除PbO，得到滤渣D，滤渣D经蒸馏水冲洗、烘干后加入5％稀盐酸，恒温水浴浸泡0.4-0.6h，振荡15-25min，在9000r/min条件下离心6-14min，过滤，得到滤液E和滤渣F，滤渣F为SiO2；
S10、将S9中制得的滤液E中加入过量H2S，待反应充分后，振荡19-21min，在9000r/min条件下离心7-13min，过滤，得滤液G和滤渣H，滤渣H即为CuS。
2.根据权利要求1所述的一种富集和回收土壤重金属铜的方法，其特征在于：所述步骤S4中秸秆颗粒可用作烧锅炉使用，对使用情况需进行全面跟踪，确保炭渣得到全部回收，不流失。
3.根据权利要求1所述的一种富集和回收土壤重金属铜的方法，其特征在于：所述步骤S6中蒸馏水添加的份量为灰分重量的5-7倍。
4.根据权利要求1所述的一种富集和回收土壤重金属铜的方法，其特征在于：所述步骤S7中滤液A中的K2O、Na2O和CaO溶于水分别形成的KOH、NaOH和Ca(OH)2。
5.根据权利要求1所述的一种富集和回收土壤重金属铜的方法，其特征在于：所述步骤S5中灰分主要含有Ca、Mg、K、Na、Si、Fe、Al等元素，大部分金属和硅元素以氧化物形式存在于灰分中，利用蓖麻修复受Cu污染的土壤，蓖麻植株富集Cu元素，灰分中含有一定量的CuO。
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