CN111014283B - 一种化学-生物协同强化植物提铀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学‑生物协同强化植物提铀的方法。解决植物提铀容易造成土壤酸化问题。以植物提取为理论基础,选择速生性强,生物量大,适应性强且对土壤中铀具有富集功能的植物,采用化学添加剂(CaO2)与生物添加剂(黑曲霉发酵液)相结合的添加方式,CaO2‑黑曲霉发酵液存在协同作用,能增加铀的溶解,强化植物对铀的吸收,从而达到植物提取铀的目的。该方法既具有取材方便、成本低廉、不会导致土壤酸化。本方法能处理传统植物提铀方法不能或难以处理的含不溶态U(Ⅳ)土壤,扩大资源利用率。
Description
技术领域
本发明属于植物提铀技术领域,具体涉及一种化学-生物协同强化植物提铀技术。
背景技术
随着核电工业的不断发展,我国对铀的需求量将持续增加,预计到2020年,为满足核电发展所需要的铀将达到6000 t左右,但中国铀矿资源禀赋不佳,国内产量难以满足需求,对外依存度处于高位,不利于我国核电产业的可持续发展,因此必须要将大量品位低的铀资源利用起来,需要大力研发包括低品位铀表土等极贫铀资源的高效绿色开发技术。对于低品位铀表土中铀的回收,若用传统的技术进行,成本太高,用植物提铀是更经济的选择。植物提取的机制是基于植物根系具有吸收土壤或水中重金属的能力,目前大量研究工作表明,土壤重金属的诸多形态中,只有不溶态重金属,不容易被植物吸收,所以如何处理含不溶态U(Ⅳ)铀表土成为植物提铀的技术难题。
目前,解决这一问题主要是采用螯合剂强化技术,在进行植物培养过程中,添加螯合剂,由于螯合作用,会促进重金属的溶解。采用的螯合剂主要有小分子有机酸,例如:柠檬酸、草酸、乙二胺二琥珀酸等。但是,有机酸成本较高,累积使用会导致土壤酸化,对植物生长有不良影响。因此需要研发新的强化植物提铀的方法。
发明内容
针对上述情况,本发明的目的是要提供一种化学-生物协同强化植物提铀技术。本发明以植物提取为理论基础,选择速生性强,生物量大,适应性强且对土壤中铀具有富集功能的植物,采用化学添加剂(CaO2)与生物添加剂(黑曲霉发酵液)相结合的添加方式,CaO2-黑曲霉发酵液存在协同作用,能增加铀的溶解,强化植物对铀的吸收,从而达到植物提取铀的目的。该方法既具有取材方便、成本低廉、不会导致土壤酸化。
具体措施包括:
1、黑曲霉发酵液的制备:包括真菌活化、培养基的配制、摇床培养以及固液分离得到的发酵液;
2、含铀土壤中种植铀富集植物;
3、对种植铀富集植物的土壤施加化学-生物添加剂;
4、收集、烘干、灰化植物,用硝酸-搅拌浸出对铀进行回收。
进一步的措施如下:
(1)所用真菌为黑曲霉,菌种的活化复壮采用PDA 固体培养基,在恒温培养箱中30℃培养3 d。用无菌蒸馏水冲洗 PDA 表面成熟的黑曲霉孢子,经微孔滤头过滤后,滴入改良纽鲍尔计数板并计数,通过稀释,制得浓度为107 spores/ mL(OD值为1.0)的孢子悬液。接种孢子悬液(接种体积为1%)置于于30 g/L 葡萄糖、0.5 g/L KCl、0.5 g/L NaCl、0.5 g/LMgSO4、7.5 g/L 蛋白胨组成的培养基中生长,培养基pH值为7,然后置于30℃,150 rpm恒温振荡器内培养四天,最后固液分离得到黑曲霉发酵液。
(2)植物种子用次氯酸钠浸泡15 min消毒,洗净后温水60℃浸种6 h自然风干后,置于培养箱中,待其出苗。种子出苗后移栽定植于含铀土壤中,试验期间保持温度28℃、湿度65%。根据植物生长状况,进行水分和养分的常规管理,
(3)添加剂的具体施加方式:化学-生物添加剂联合施加,选用CaO2及黑曲霉发酵液。第一步:在植物定植一个月后添加CaO2粉末,施加量为0.5-2 g/kg(CaO2/土壤),CaO2粉末均匀的埋入离土表面30 cm的土层内,隔两周加一次,共三次。第二步:在植物定植的五十天后,开始添加黑曲霉发酵液,添加量为10-40 mL/kg(发酵液/土壤),均匀喷洒在土壤表面,间隔7天加一次,共三次。
(4)收割时,用小铲将富铀植物铲起,尽量保证植株完整,用自来水冲洗干净,分成地上、地下两部分。将植物置于80℃烘箱烘至恒重(2 d),粉碎后置于550℃马弗炉中5 h,得到植物灰分,采用硝酸搅拌浸出,对植物灰中的铀进行回收。
本专利发明的一种化学-生物协同强化植物提铀的方法技术,与现有技术方法相比,具有以下优势:
(1)本发明专利提供的方法,可以处理传统植物提铀方法不能或难以处理的含不溶态U(Ⅳ)土壤,扩大资源利用率。
(2)本发明专利提供的方法,其中真菌发酵液较单一有机酸更容易获取,价格低廉。化学添加剂CaO2,能够缓释氧,能将U(Ⅳ)氧化为U(Ⅵ),同时改善土壤通透性,改良酸性土壤。加入的真菌发酵液中含有多种有机酸,由于有机酸的螯合作用,能促进铀的溶解作用,通过两种添加剂的协同作用,从而提高植物对铀提取效率。
(3)本发明专利提供的方法,相较于不做任何处理的含U(Ⅳ)土壤的植物提铀,植物灰分品位提高了6.30倍。
具体实施方式
本发明通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述,然而,本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例(1)种子出苗后移栽定植于铀表土中,试验期间保持温度28℃、湿度65%。根据植物生长状况,进行水分和养分的常规管理,整个实验持续四个月。在72天时用rhizon土壤水分采集器收集土壤溶液,测定铀浓度为1.34 mg/L。四个月后收集植物干燥粉碎灰化,测定植物灰铀品位为40.36 ppm。
实施例(2)种子出苗后移栽定植于铀表土中,试验期间保持温度28℃、湿度65%。根据植物生长状况,进行水分和养分的常规管理,整个实验持续四个月。在植物定植一个月后,添加CaO2粉末,施加量为0.5 g/kg(CaO2/soil),CaO2粉末均匀的埋入离土表面30 cm的土层内,隔两周加一次,共三次。在植物定植的五十天后,开始添加黑曲霉发酵液,添加量为10 mL/kg(发酵液/土壤),均匀喷洒在土壤表面,间隔7天加一次,共三次。在72天时用rhizon土壤水分采集器收集土壤溶液,测定铀浓度为3.55mg/L。四个月后收集植物干燥粉碎灰化,测定植物灰铀品位为268.59ppm,与对照组相比,提高了5.65倍。
实施例(3)种子出苗后移栽定植于铀表土中,试验期间保持温度28℃、湿度65%。根据植物生长状况,进行水分和养分的常规管理,整个实验持续四个月。在植物定植一个月后,添加CaO2粉末,施加量为1 g/kg(CaO2/土壤),CaO2粉末均匀的埋入离土表面30cm的土层内,隔两周加一次,共三次。在植物定植的五十天后,开始添加黑曲霉发酵液,添加量为20mL/kg(发酵液/soil),均匀喷洒在土壤表面,间隔7天加一次,共三次。在72天时用rhizon土壤水分采集器收集土壤溶液,测定铀浓度为5.84mg/L。四个月后收集植物干燥粉碎灰化,测定植物灰铀品位为294.59 ppm,与对照组相比,提高了6.30倍。
实施例(4)种子出苗后移栽定植于铀表土中,试验期间保持温度28℃、湿度65%。根据植物生长状况,进行水分和养分的常规管理,整个实验持续四个月。在植物定植一个月后,添加CaO2粉末,施加量为2 g/kg(CaO2/土壤),CaO2粉末均匀的埋入离土表面30 cm的土层内,隔两周加一次,共三次。在植物定植的五十天后,开始添加黑曲霉发酵液,添加量为40mL/kg(发酵液/土壤),均匀喷洒在土壤表面,间隔7天加一次,共三次。在72天时用rhizon土壤水分采集器收集土壤溶液,测定铀浓度为8.16 mg/L。四个月后收集植物干燥粉碎灰化,测定植物灰铀品位为217.82 ppm,与对照组相比,提高了4.40倍。
通过实验可以看出,施加化学-生物添加剂能够增加铀的溶解,并随着施用剂量的增加而增大。土壤溶液中铀的浓度增加对植物提铀有促进作用,但土壤溶液中铀浓度过高,就会抑制植物对铀的吸收。实验发现1 g/kg(CaO2/土壤)与20 mL/kg(发酵液/土壤)的联合添加,植物提铀效果最好,植物灰铀品位可达294.59 ppm。
以上仅是本发明的较佳实施方式,根据本发明的上述构思,本领域的熟练人员还可以对此作出各种修改和变换。例如,种植在不同铀浓度的铀表土,采用不同的植物种子及种苗,加入不同浓度的CaO2及真菌发酵液,用来提取不同的放射性核素和重金属等等。然而,类似的这些变换和修改均属于本发明的实质。
Claims (4)
1.一种化学-生物协同强化植物提铀的方法,采用化学添加剂CaO2与生物添加剂黑曲霉发酵液相结合的添加方式,CaO2与黑曲霉发酵液协同作用,增加铀的溶解,强化植物对铀的吸收,达到植物提取铀的目的,其特征在于,具体步骤如下:
(1)黑曲霉发酵液的制备:包括真菌活化、培养基的配制、摇床培养以及固液分离得到的发酵液;
(2)含铀土壤中种植铀富集植物;
(3)对种植铀富集植物的土壤施加化学-生物添加剂,所述化学-生物添加剂为CaO2及黑曲霉发酵液,具体过程为:
第一步:在植物定植后一个月添加CaO2粉末,CaO2粉末埋入离土表面30 cm的土层内,施加量CaO2/土壤 为0.5-2 g/kg,隔两周加一次,共三次;第二步:在植物定植五十天后,添加黑曲霉发酵液,均匀喷洒在土壤表面,添加量发酵液/土壤 为10-40 mL/kg;
(4)收集、烘干、灰化植物,用硝酸-搅拌浸出对铀进行回收。
2.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同强化植物提铀的方法,其特征在于,所述黑曲霉发酵液的制备,具体过程为:
采用真菌为黑曲霉,菌种的活化复壮采用PDA 固体培养基,在恒温培养箱中 30℃培养3 d,用无菌蒸馏水冲洗 PDA 表面成熟的黑曲霉孢子,经微孔滤头过滤后,滴入纽鲍尔计数板并计数,稀释,制得浓度为107 spores/mL的孢子悬液;接种孢子悬液置于30 g/L 葡萄糖、0.5 g/L KCl、0.5 g/L NaCl、0.5 g/L MgSO4、7.5 g/L 蛋白胨组成的培养基中生长,培养基pH值为7,置于30 ℃,150 rpm恒温振荡器内培养四天,最后固液分离得到黑曲霉发酵液。
3.根据权利要求1所述的一种化学-生物协同强化植物提铀的方法,其特征在于,所述含铀土壤中种植铀富集植物具体过程为:采用的植物种子用次氯酸钠浸泡消毒,洗净后温水浸种,自然风干后,置于培养箱中,待其出苗,出苗后移栽定植于含铀土壤中。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种化学-生物协同强化植物提铀的方法,其特征在于所述铀的回收具体过程为:收割植物时,将植物铲起,冲洗干净,将植物置于80℃烘箱烘至恒重,粉碎后置于550 ℃马弗炉中5 h,得到植物灰,采用硝酸搅拌浸出,对植物灰中的铀进行回收。
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