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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