CN110282623B - 一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，针对传统的芦竹资源化利用的方法对芦竹的利用率低，经济价值低的特点，先将芦竹的根和茎叶分离，然后分别进行炭化处理，根据其不同的特点，将其分别制成用于民用的室内吸附剂的芦竹根活性炭成品和工业用的芦竹茎叶活性炭成品，从而显著提升了芦竹的经济价值；同时建立回收机制，将回收后的活性炭用于有色金属冶炼企业综合利用。

Description

一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法
技术领域
本发明涉及重金属污染修复技术领域，尤其涉及一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法。
背景技术
目前，芦竹(Arundo donax)为禾本科芦竹属多年生高大丛生草本植物，具有发达的根状茎。其适应能力强，对盐碱、干旱、贫瘠具有一定的忍耐力，被称为低洼盐碱地的“先锋植物”。芦竹不仅具有防治土壤退化和增加土壤含碳量及有机质的生态效益，对于修复湿地重金属污染也具有较大潜力。
然而，修复后的芦竹收获物中含有一定量的重金属，如不合理处置则可能造成重金属的二次污染。但目前现有技术中对于含重金属的芦竹等生物质如何安全综合利用的问题研究较少。中国发明专利CN103464101A公开了一种修复过重金属污染土壤的植物芦竹资源化利用的方法，该方法利用重金属污染芦竹来制备生物炭，并将生物炭继续用于降低污染土壤中有效态含量、处理含重金属的废水或废气，最终送涉重企业作为生物质能源或还原剂，达到以废治废、综合利用的目的。但是该方法得到的生物炭产率一般在25-75％，利用率偏低，而且后续的处理方案附加值也偏低，故有必要对修复过重金属污染土壤的植物芦竹的资源化利用方法做进一步的研究。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法。
本发明的技术方案如下：
一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，包括以下步骤：
步骤一、预处理；
将芦竹清洗干净后，用粉碎机粉碎成3-5cm粒径的块状或片状；根据根、茎、叶的密度不同的特点，采用流动的水流，将芦竹的根和芦竹的茎叶分离；
步骤二、芦竹根的处理方式；
A、选取芦竹的根部位，将其粉碎至1-2cm粒径，得到芦竹根颗粒；
B、采用尿素、碳酸氢铵或氨水氨化试剂对芦竹根颗粒进行氨化处理，然后通过水蒸汽加热至190-260℃，维持8-12min，得到氨化活化后的芦竹根颗粒；
C、将芦竹根颗粒自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹根粉；
D、将芦竹根粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到活性炭半成品；
E、将活性炭半成品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至950-1000℃，在氮气保护状态下通入苯对活性炭进行孔径调整，即可得到芦竹根活性炭；
F、将芦竹活性炭与微纳米级永磁粉、分散剂和固体分散剂混合均匀，即可得到用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品；
步骤三、芦竹茎叶的处理方式；
a、选取芦竹的茎叶部位，将其粉碎至0.5-1cm粒径，通过蒸汽加热至190-260℃，维持2-5min，然后在0.1-1s时间内瞬间释放压力，使芦竹茎叶细胞壁纤维膨化，得到膨化后的芦竹茎叶备用；
b、将膨化后的芦竹茎叶浸泡于10-15倍体积的酶溶液在pH4-5、90-100℃下水解15-25min；
c、将水解后的芦竹茎叶自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹茎叶粉，加入氢氧化钠和EDTA进行活化，搅拌均匀；
d、将活化后的芦竹茎叶粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化，即可得到芦竹茎叶活性炭成品；
步骤四、回收处理；
将使用后的用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品和芦竹茎叶活性炭成品回收后作为能源材料或还原剂送有色金属冶炼企业综合利用。
优选的，所述的步骤二中，当氨化试剂为尿素或碳酸氢铵时，氨化处理的具体方法是：将芦竹根颗粒按照尿素或碳酸氢铵与芦竹根颗粒的质量比为(10-20):100与尿素或碳酸氢铵混合，加20-50倍的水溶解，密封，在90-100℃保持8-12h。
优选的，所述的步骤二中，当氨化试剂为氨水时，氨化处理的具体方法是：将芦竹根颗粒按照质量浓度为1-12％的氨水与芦竹根颗粒的质量比为(10-20)：1与氨水混合均匀，使芦竹根颗粒完全浸泡在氨水中，密封，在15-30℃保持18-24h。
优选的，所述的步骤二中，所述的炭化温度为600-800℃，炭化时间为15-30min。
优选的，所述的步骤三中，所述的酶为纤维素酶和果胶酶的混合物。
优选的，所述的步骤三中，所述的氢氧化钠和EDTA的重量比加入量分别为芦竹茎叶粉的0.2-0.5％和2-3％。
优选的，所述的步骤三中，所述的炭化温度为950-1000℃，炭化时间为15-30min。
优选的，所述的步骤三中，芦竹茎叶活性炭成品用于纺织废水中的有机染料吸附。
本发明的有益之处在于：本发明的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，针对传统的芦竹资源化利用的方法对芦竹的利用率低，经济价值低的特点，先将芦竹的根和茎叶分离，然后分别进行炭化处理，根据其不同的特点，将其分别制成用于民用的室内吸附剂的芦竹根活性炭成品和工业用的芦竹茎叶活性炭成品，从而显著提升了芦竹的经济价值；同时建立回收机制，将回收后的活性炭用于有色金属冶炼企业综合利用。
具体实施方式
实施例1：
一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，包括以下步骤：
步骤一、预处理；
将芦竹清洗干净后，用粉碎机粉碎成3-5cm粒径的块状或片状；根据根、茎、叶的密度不同的特点，采用流动的水流，将芦竹的根和芦竹的茎叶分离；
步骤二、芦竹根的处理方式；
A、选取芦竹的根部位，将其粉碎至1-2cm粒径，得到芦竹根颗粒；
B、采用氨化试剂对芦竹根颗粒进行氨化处理，然后通过水蒸汽加热至2200℃，维持10min，得到氨化活化后的芦竹根颗粒；
C、将芦竹根颗粒自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹根粉；
D、将芦竹根粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到活性炭半成品；
E、将活性炭半成品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至980℃，在氮气保护状态下通入苯对活性炭进行孔径调整，即可得到芦竹根活性炭；
F、将芦竹活性炭与微纳米级永磁粉、分散剂和固体分散剂混合均匀，即可得到用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品；
步骤三、芦竹茎叶的处理方式；
a、选取芦竹的茎叶部位，将其粉碎至0.5-1cm粒径，通过蒸汽加热至250℃，维持3min，然后在0.5s时间内瞬间释放压力，使芦竹茎叶细胞壁纤维膨化，得到膨化后的芦竹茎叶备用；
b、将膨化后的芦竹茎叶浸泡于12倍体积的酶溶液在pH4-5、95℃下水解22min；
c、将水解后的芦竹茎叶自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹茎叶粉，加入氢氧化钠和EDTA进行活化，搅拌均匀；
d、将活化后的芦竹茎叶粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化，即可得到芦竹茎叶活性炭成品；
步骤四、回收处理；
将使用后的用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品和芦竹茎叶活性炭成品回收后作为能源材料或还原剂送有色金属冶炼企业综合利用。
所述的步骤二中，氨化试剂为尿素，氨化处理的具体方法是：将芦竹根颗粒按照尿素与芦竹根颗粒的质量比为12:100与尿素混合，加35倍的水溶解，密封，在95℃保持10h。
所述的步骤二中，所述的炭化温度为720℃，炭化时间为25min。
所述的步骤三中，所述的酶为纤维素酶和果胶酶的混合物。
所述的步骤三中，所述的氢氧化钠和EDTA的重量比加入量分别为芦竹茎叶粉的0.3％和2.5％。
所述的步骤三中，所述的炭化温度为975℃，炭化时间为25min。
所述的步骤三中，芦竹茎叶活性炭成品用于纺织废水中的有机染料吸附。
实施例2：
一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，包括以下步骤：
步骤一、预处理；
将芦竹清洗干净后，用粉碎机粉碎成3-5cm粒径的块状或片状；根据根、茎、叶的密度不同的特点，采用流动的水流，将芦竹的根和芦竹的茎叶分离；
步骤二、芦竹根的处理方式；
A、选取芦竹的根部位，将其粉碎至1-2cm粒径，得到芦竹根颗粒；
B、采用氨化试剂对芦竹根颗粒进行氨化处理，然后通过水蒸汽加热至190℃，维持12min，得到氨化活化后的芦竹根颗粒；
C、将芦竹根颗粒自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹根粉；
D、将芦竹根粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到活性炭半成品；
E、将活性炭半成品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至950℃，在氮气保护状态下通入苯对活性炭进行孔径调整，即可得到芦竹根活性炭；
F、将芦竹活性炭与微纳米级永磁粉、分散剂和固体分散剂混合均匀，即可得到用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品；
步骤三、芦竹茎叶的处理方式；
a、选取芦竹的茎叶部位，将其粉碎至0.5-1cm粒径，通过蒸汽加热至260℃，维持2min，然后在1s时间内瞬间释放压力，使芦竹茎叶细胞壁纤维膨化，得到膨化后的芦竹茎叶备用；
b、将膨化后的芦竹茎叶浸泡于10倍体积的酶溶液在pH4-5、100℃下水解15min；
c、将水解后的芦竹茎叶自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹茎叶粉，加入氢氧化钠和EDTA进行活化，搅拌均匀；
d、将活化后的芦竹茎叶粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化，即可得到芦竹茎叶活性炭成品；
步骤四、回收处理；
将使用后的用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品和芦竹茎叶活性炭成品回收后作为能源材料或还原剂送有色金属冶炼企业综合利用。
所述的步骤二中，氨化试剂为氨水，氨化处理的具体方法是：将芦竹根颗粒按照质量浓度为8％的氨水与芦竹根颗粒的质量比为10：1与氨水混合均匀，使芦竹根颗粒完全浸泡在氨水中，密封，在15℃保持24h。
所述的步骤二中，所述的炭化温度为600℃，炭化时间为30min。
所述的步骤三中，所述的酶为纤维素酶和果胶酶的混合物。
所述的步骤三中，所述的氢氧化钠和EDTA的重量比加入量分别为芦竹茎叶粉的0.2％和3％。
所述的步骤三中，所述的炭化温度为950℃，炭化时间为30min。
所述的步骤三中，芦竹茎叶活性炭成品用于纺织废水中的有机染料吸附。
实施例3：
一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，包括以下步骤：
步骤一、预处理；
将芦竹清洗干净后，用粉碎机粉碎成3-5cm粒径的块状或片状；根据根、茎、叶的密度不同的特点，采用流动的水流，将芦竹的根和芦竹的茎叶分离；
步骤二、芦竹根的处理方式；
A、选取芦竹的根部位，将其粉碎至1-2cm粒径，得到芦竹根颗粒；
B、采用氨化试剂对芦竹根颗粒进行氨化处理，然后通过水蒸汽加热至260℃，维持8min，得到氨化活化后的芦竹根颗粒；
C、将芦竹根颗粒自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹根粉；
D、将芦竹根粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到活性炭半成品；
E、将活性炭半成品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至1000℃，在氮气保护状态下通入苯对活性炭进行孔径调整，即可得到芦竹根活性炭；
F、将芦竹活性炭与微纳米级永磁粉、分散剂和固体分散剂混合均匀，即可得到用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品；
步骤三、芦竹茎叶的处理方式；
a、选取芦竹的茎叶部位，将其粉碎至0.5-1cm粒径，通过蒸汽加热至190℃，维持5min，然后在0.1s时间内瞬间释放压力，使芦竹茎叶细胞壁纤维膨化，得到膨化后的芦竹茎叶备用；
b、将膨化后的芦竹茎叶浸泡于15倍体积的酶溶液在pH4-5、90℃下水解25min；
c、将水解后的芦竹茎叶自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹茎叶粉，加入氢氧化钠和EDTA进行活化，搅拌均匀；
d、将活化后的芦竹茎叶粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化，即可得到芦竹茎叶活性炭成品；
步骤四、回收处理；
将使用后的用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品和芦竹茎叶活性炭成品回收后作为能源材料或还原剂送有色金属冶炼企业综合利用。
所述的步骤二中，氨化试剂为尿素或碳酸氢铵，氨化处理的具体方法是：将芦竹根颗粒按照碳酸氢铵与芦竹根颗粒的质量比为20:100与碳酸氢铵混合，加20倍的水溶解，密封，在100℃保持8h。
所述的步骤二中，所述的炭化温度为800℃，炭化时间为15min。
所述的步骤三中，所述的酶为纤维素酶和果胶酶的混合物。
所述的步骤三中，所述的氢氧化钠和EDTA的重量比加入量分别为芦竹茎叶粉的0.5％和2％。
所述的步骤三中，所述的炭化温度为1000℃，炭化时间为15min。
所述的步骤三中，芦竹茎叶活性炭成品用于纺织废水中的有机染料吸附。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、预处理；
将芦竹清洗干净后，用粉碎机粉碎成3-5cm粒径的块状或片状；根据根、茎、叶的密度不同的特点，采用流动的水流，将芦竹的根和芦竹的茎叶分离；
步骤二、芦竹根的处理方式；
A、选取芦竹的根部位，将其粉碎至1-2cm粒径，得到芦竹根颗粒；
B、采用尿素、碳酸氢铵或氨水氨化试剂对芦竹根颗粒进行氨化处理，然后通过水蒸汽加热至190-260℃，维持8-12min，得到氨化活化后的芦竹根颗粒；
C、将芦竹根颗粒自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹根粉；
D、将芦竹根粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化得到活性炭半成品；
E、将活性炭半成品置于转炉内，在氮气保护状态下升温至950-1000℃，在氮气保护状态下通入苯对活性炭进行孔径调整，即可得到芦竹根活性炭；
F、将芦竹活性炭与微纳米级永磁粉和分散剂混合均匀，即可得到用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品；
步骤三、芦竹茎叶的处理方式；
a、选取芦竹的茎叶部位，将其粉碎至0.5-1cm粒径，通过蒸汽加热至190-260℃，维持2-5min，然后在0.1-1s时间内瞬间释放压力，使芦竹茎叶细胞壁纤维膨化，得到膨化后的芦竹茎叶备用；
b、将膨化后的芦竹茎叶浸泡于10-15倍体积的酶溶液在pH4-5、90-100℃下水解15-25min；
c、将水解后的芦竹茎叶自然晾晒1-2天去除水分，然后破碎成粉末，过筛，将其粒径控制在80-120目，得到芦竹茎叶粉，加入氢氧化钠和EDTA进行活化，搅拌均匀；
d、将活化后的芦竹茎叶粉放入碳化炉中，在平面上自然铺放，将温度升至炭化温度，炭化，即可得到芦竹茎叶活性炭成品；
步骤四、回收处理；
将使用后的用于室内吸附剂的芦竹根活性炭成品和芦竹茎叶活性炭成品回收后作为能源材料或还原剂送有色金属冶炼企业综合利用。
2.如权利要求1所述的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，所述的步骤二中，当氨化试剂为尿素或碳酸氢铵时，氨化处理的具体方法是：将芦竹根颗粒按照尿素或碳酸氢铵与芦竹根颗粒的质量比为(10-20):100与尿素或碳酸氢铵混合，加20-50倍的水溶解，密封，在90-100℃保持8-12h。
3.如权利要求1所述的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，所述的步骤二中，当氨化试剂为氨水时，氨化处理的具体方法是：将芦竹根颗粒按照质量浓度为1-12％的氨水与芦竹根颗粒的质量比为(10-20)：1与氨水混合均匀，使芦竹根颗粒完全浸泡在氨水中，密封，在15-30℃保持18-24h。
4.如权利要求1所述的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，所述的步骤二中，所述的炭化温度为600-800℃，炭化时间为15-30min。
5.如权利要求1所述的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，所述的步骤三中，所述的酶为纤维素酶和果胶酶的混合物。
6.如权利要求1所述的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，所述的步骤三中，所述的氢氧化钠和EDTA的重量比加入量分别为芦竹茎叶粉的0.2-0.5％和2-3％。
7.如权利要求1所述的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，所述的步骤三中，所述的炭化温度为950-1000℃，炭化时间为15-30min。
8.如权利要求1所述的修复过重金属污染土壤的芦竹资源化利用的方法，其特征在于，所述的步骤三中，芦竹茎叶活性炭成品用于纺织废水中的有机染料吸附。
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