CN111234831B - 海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用、镉包埋剂及镉包埋方法和应用 - Google Patents
海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用、镉包埋剂及镉包埋方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用、镉包埋剂及镉包埋方法和应用，属于镉污染治理技术领域。本发明提供了海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用。本发明所述应用制备得到的镉包埋剂能够降低镉污染土壤或基质中种植的作物的镉吸收量。
Description
技术领域
本发明涉及镉污染治理技术领域，具体涉及海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用、镉包埋剂及镉包埋方法和应用。
背景技术
随着工农业的迅速发展，土壤环境污染的问题越来越严重。在所有重金属污染中，以镉污染最为严重。镉是一种能对生物体产生巨大毒害作用的重金属，使农作物产量和质量下降，并通过食物链的富集作用进入人体危害人体健康。土壤镉污染的治理已经引起国内外的广泛重视。
目前，对含重金属土壤的修复技术主要有物理、化学、电动法、生物和农业生态修复等技术。土壤物理修复成本高，易于二次污染和降低土壤肥力，难以广泛推广。化学修复只是改变了土壤中镉存在的形态，可能由于土壤环境的变化，化学试剂有造成二次污染的危险。电动修复已应用于Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、Ni等重金属污染土壤修复。但是受影响的因素比较多，例如土壤的类型、电流的大小、电极材料和结构等，会在一定程度上影响修复的效率和速度。镉污染土壤的生物修复一般分为动物修复、植物修复和微生物修复三种类型。动物修复可以吸收土壤中的重金属，并在一定程度上减少污染土壤中重金属的比例。但由于动物生长环境等因素的影响，修复效率一般。微生物修复可以降低土壤中重金属的毒性。但修复速度慢、修复效果不稳定等。植物修复修复时间长，效果不明显。农艺修复措施通常通过改变作物系统，通过植物物种的间作、轮作，或通过向镉污染的土壤中添加有机肥料以形成游离形式的有机络合物，从而减少土壤中镉含量，实现镉在土壤中的迁移，吸收和降解。它易于操作和低成本，但是存在许多缺点，如修复时间长、效果缓慢。
发明内容
本发明的目的在于提供海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用、镉包埋剂及镉包埋方法和应用。本发明所述应用制备得到的镉包埋剂能够降低镉污染土壤或基质中种植的作物的镉吸收量。
本发明提供了海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用。
本发明还提供了基于上述技术方案所述应用制备得到的镉包埋剂。
优选的是，所述海藻酸钠和氯化钙的质量比为(0.5～3)：2。
优选的是，所述海藻酸钠和氯化钙的质量比为1：2。
优选的是，所述海藻酸钠包括质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液；所述氯化钙包括质量百分含量为2％的氯化钙水溶液。
本发明还提供了基于上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂的镉包埋方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠和氯化钙分别溶于水，制成质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液和质量百分含量为2％的氯化钙水溶液；
在镉污染土壤或基质中添加氯化钙水溶液，搅拌后，添加海藻酸钠水溶液，搅拌。
优选的是，每千克所述镉污染土壤或基质中，添加45～50mL质量百分含量为2％的氯化钙水溶液；每千克所述镉污染土壤或基质中，添加22.5～150mL质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液。
本发明还提供了上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂或上述技术方案所述镉包埋方法在治理镉污染土壤中的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂或上述技术方案所述镉包埋方法在降低镉污染土壤或基质中种植的作物的镉吸收量中的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂或上述技术方案所述镉包埋方法在提高镉污染土壤或基质中种植的作物的株高和/或茎粗和/或叶片数和/或总根长和/或根系表面积和/或根系体积和/或根尖数和/或地上部鲜重和/或地上部干重和/或地下部干重中的应用。
本发明提供了海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用。本发明所述应用制备得到的镉包埋剂能够降低镉污染土壤或基质中种植的作物的镉吸收量；还能够提高镉污染土壤或基质中种植的作物的株高和/或茎粗和/或叶片数和/或总根长和/或根系表面积和/或根系体积和/或根尖数和/或地上部鲜重和/或地上部干重和/或地下部干重。
附图说明
图1为本发明提供的海藻酸钠分子式；
图2-A为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根中的镉含量影响；
图2-B为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗茎中的镉含量影响；
图2-C为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗叶中的镉含量影响；
图3-A为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗株高的影响；
图3-B为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗株茎粗的影响；
图3-C为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗叶片数的影响；
图4-A为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根总长的影响；
图4-B为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根表面积的影响；
图4-C为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根平均直径的影响；
图4-D为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根体积的影响；
图4-E为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根根尖数的影响；
图5-A为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地上部鲜重的影响；
图5-B为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地下部鲜重的影响；
图5-C为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地上部干重的影响；
图5-D为本发明提供的海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地下部干重的影响。
具体实施方式
本发明提供了海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用。在本发明中，所述海藻酸钠和氯化钙优选独立包装。本发明所使用的海藻酸钠((C5H7O4COONa)n)是从海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，具有性质稳定、无毒、亲水性、溶解性等特性。可以避免化学修复中对土壤造成二次污染的危险。通过CaCl2和NaAlg的添加，一方面CaCl2中的Ca2 +与NaAlg G单元中的Na+发生交换，使海藻酸钠溶液向凝胶转变，从而吸附基质中的Cd2+，另一方面土壤或基质中的Cd2+与NaAlg G单元中的Na+发生交换，使海藻酸钠溶液向凝胶转变，降低了镉污染土壤或基质中种植的作物的根系对镉的吸收，促进了作物幼苗根系、茎以及叶片等的生长。本发明对所述海藻酸钠和氯化钙的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的常规市售海藻酸钠和无水氯化钙产品即可，如海藻酸钠(NaAlg，分子式如图1所示)购自山东西亚化学股份有限公司，无水氯化钙(CaCl2)购自天津市凯通化学试剂有限公司。
本发明还提供了基于上述技术方案所述应用制备得到的镉包埋剂。在本发明中，所述海藻酸钠和氯化钙的质量比优选为(0.5～3)：2，更优选为1：2。在本发明中，所述海藻酸钠包括质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液；所述氯化钙包括质量百分含量为2％的氯化钙水溶液。本发明CaCl2和NaAlg以水溶液形式添加是因为以溶液形式添加更容易与土壤或基质拌匀，而由于NaAlg的高粘性直接添加NaAlg粉末不易拌匀。
本发明还提供了基于上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂的镉包埋方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠和氯化钙分别溶于水，制成质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液和质量百分含量为2％的氯化钙水溶液；
在镉污染土壤或基质中添加氯化钙水溶液，搅拌后，添加海藻酸钠水溶液，搅拌。
在本发明中，每千克所述镉污染土壤或基质中，优选添加45～50mL质量百分含量为2％的氯化钙水溶液；每千克所述镉污染土壤或基质中，优选添加22.5～150mL，更优选为与氯化钙水溶液等体积的质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液。
本发明对所述镉污染土壤和基质没有特殊限定，在本发明具体实施中，镉污染基质为添加镉溶液的体积比3:1:1混合的草炭、蛭石和珍珠岩。
本发明还提供了上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂或上述技术方案所述镉包埋方法在治理镉污染土壤中的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂或上述技术方案所述镉包埋方法在降低镉污染土壤或基质中种植的作物的镉吸收量中的应用。在本发明中，所述镉吸收量包括作物根、茎和/或叶中的镉吸收量。
本发明还提供了上述技术方案所述应用或上述技术方案所述镉包埋剂或上述技术方案所述镉包埋方法在提高镉污染土壤或基质中种植的作物的株高和/或茎粗和/或叶片数和/或总根长和/或根系表面积和/或根系体积和/或根尖数和/或地上部鲜重和/或地上部干重和/或地下部干重中的应用。
下面结合具体实施例对本发明所述的海藻酸钠和氯化钙在制备镉包埋剂中的应用、镉包埋剂及镉包埋方法和应用做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
步骤一、将基质按照草炭：蛭石：珍珠岩体积比3:1:1的比例混合均匀。
步骤二、
对照(CK)：称取混合均匀的基质2.1kg，量取50mL 0.375mM氯化镉(CdCl2·2.5H2O)加入1.95L蒸馏水中搅拌均匀，将混合好的溶液加入基质中搅拌均匀，将拌好的基质均匀装入15个直径10cm×高9cm的营养钵中覆上薄膜备用；
T50：称取混合均匀的基质2.1kg，量取50mL 0.375mM CdCl2·2.5H2O加入1.85L蒸馏水中搅拌均匀，将混合好的溶液加入基质中搅拌均匀，先向基质中加入50mL 2％(质量百分比)的CaCl2溶液搅拌均匀，再向基质中加入50mL 1％(质量百分比)的NaAlg溶液搅拌均匀，将拌好的基质均匀装入15个直径10cm×高9cm的营养钵中覆上薄膜备用；
T100：称取混合均匀的基质2.1kg，量取50mL 0.375mM CdCl2·2.5H2O加入1.75L蒸馏水中搅拌均匀，将混合好的溶液加入基质中搅拌均匀，先向基质中加入100mL 2％(质量百分比)的CaCl2溶液搅拌均匀，再向基质中加入100mL 1％(质量百分比)的NaAlg溶液搅拌均匀，将拌好的基质均匀装入15个直径10cm×高9cm的营养钵中覆上薄膜备用；
T200：称取混合均匀的基质2.1kg，量取50mL 0.375mM CdCl2·2.5H2O加入1.55L蒸馏水中搅拌均匀，将混合好的溶液加入基质中搅拌均匀，先向基质中加入200mL 2％(质量百分比)的CaCl2溶液搅拌均匀，再向基质中加入200mL 1％(质量百分比)的NaAlg溶液搅拌均匀，将拌好的基质均匀装入15个直径10cm×高9cm的营养钵中覆上薄膜备用；
T300：称取混合均匀的基质2.1kg，量取50mL 0.375mM CdCl2·2.5H2O加入1.35L蒸馏水中搅拌均匀，将混合好的溶液加入基质中搅拌均匀，先向基质中加入300mL 2％(质量百分比)的CaCl2溶液搅拌均匀，再向基质中加入300mL 1％(质量百分比)的NaAlg溶液搅拌均匀，将拌好的基质均匀装入15个直径10cm×高9cm的营养钵中覆上薄膜备用；
T400：称取混合均匀的基质2.1kg，量取50mL 0.375mM CdCl2·2.5H2O加入1.15L蒸馏水中搅拌均匀，将混合好的溶液加入基质中搅拌均匀，先向基质中加入400mL 2％(质量百分比)的CaCl2溶液搅拌均匀，再向基质中加入400mL 1％(质量百分比)的NaAlg溶液搅拌均匀，将拌好的基质均匀装入15个直径10cm×高9cm的营养钵中覆上薄膜备用。
步骤三、将黄瓜种子(津优1号)进行温汤浸种，55℃水温下搅拌15min，放置在常温水中浸种4h，将浸好的黄瓜种子取出，均匀铺在装有浸湿滤纸的培养皿中，再将培养皿放入温度设为28.0℃的恒温培养箱中进行培养，待种子露白，将露白的种子播到装有已处理好基质的营养钵中进行培养(每个营养钵中播一粒黄瓜种子)。
生长指标的测定
等到黄瓜幼苗长至4片真叶时，分别用卷尺、游标卡尺分别测定每棵黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶片数。
每个处理的每个重复中分别取一株黄瓜幼苗，将黄瓜幼苗的地上部和根分别放入烘箱中，先105℃杀青30min，然后于70℃烘至恒重，用电子分析天平分别称取烘干前后的鲜质量及干质量。
每个处理的每个重复中分别取一株黄瓜幼苗，将完整的黄瓜幼苗根从基质中取出、洗净，用根系扫描仪(Epson Perfection V800)进行扫描，然后用WinRHIZO根系形态分析系统进行分析，获取总根长、根表面积、根系平均直径、根体积和根尖数等根系形态参数。
黄瓜幼苗镉含量的测定
每个处理的每个重复中分别取一株黄瓜幼苗，将其的根、茎、叶分别烘干、磨碎，各称取0.1g(精确至0.001g)，在消解罐中加8mL浓硝酸、2mL高氯酸和2mL双氧水，置于消解仪中(165℃5W(机器运行功率))，消解至澄清、无杂质，后将消解完成的溶液转移至50mL的聚四氯乙烯烧杯中，在电热板上(170℃)赶酸至近干，然后用质量百分数为0.5％的硝酸定容至10mL，定容结束后将溶液装入10mL离心管中待测，Optima 2100DV电感耦合等离子体发射光谱仪测定样品中的镉含量。
如图2-A(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根中的镉含量影响)所示，T100处理下黄瓜幼苗根中的镉含量最小，T50、T100处理下黄瓜幼苗根的中镉含量较CK分别降低了22.06％、27.37％；如图2-B(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗茎中的镉含量影响)所示，T100处理下黄瓜幼苗茎中的镉含量最小，T50、T100、T200处理下黄瓜幼苗茎的中镉含量较CK分别降低了12.54％、26.78％、22.03％，达到显著水平(P<0.05)；如图2-C(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗叶中的镉含量影响)所示，T50处理下黄瓜幼苗叶的中镉含量最小，T50、T100处理下黄瓜幼苗叶的中镉含量较CK分别降低了21.67％、10.72％。
如图3-A(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗株高的影响)所示，T100处理下黄瓜幼苗的株高达到最大值，T50、T100处理下黄瓜幼苗的株高较CK分别增加了16.22％、20.63％，达到显著水平(P<0.05)；如图3-B(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗株茎粗的影响)所示，T400处理下黄瓜幼苗的茎粗达到最大值，T50、T100、T200、T400处理下黄瓜幼苗的茎粗较CK分别增加了7.62％、3.26％、7.65％、9.35％；如图3-C(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗叶片数的影响)所示，T200处理下黄瓜幼苗的叶片数达到最大值，T50、T100、T200处理下黄瓜幼苗的叶片数较CK分别增加了8.99％、8.99％、12.53％，达到显著水平(P<0.05)。
如图4-A(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根总长的影响)所示，T200处理下黄瓜幼苗的总根长达到最大值，T100、T200处理下黄瓜幼苗的总根长较CK分别增加了15.79％、22.61％；如图4-B(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根表面积的影响)所示，T200处理下黄瓜幼苗的根系表面积达到最大值，T100、T200处理下黄瓜幼苗的根系表面积较CK分别增加了15.31％、21.26％；如图4-C(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根平均直径的影响)所示，T400处理下黄瓜幼苗的根系平均直径达到最大值，T400处理下黄瓜幼苗的根系平均直径较CK增加了1.70％；如图4-D(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根体积的影响)所示，T200处理下黄瓜幼苗的根系体积达到最大值，T100、T200处理下黄瓜幼苗的根系体积较CK分别增加了15.24％、20.18％；如图4-E(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗根根尖数的影响)所示，T200处理下黄瓜幼苗的根尖数达到最大值，T100、T200处理下黄瓜幼苗的根尖数较CK分别增加了16.24％、20.45％。
如图5-A(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地上部鲜重的影响)所示，T100处理下黄瓜幼苗地上部鲜重达到最大值，T50、T100、T200处理下黄瓜幼苗地上部鲜重较CK分别增加了8.58％、13.02％、5.60％；如图5-B(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地下部鲜重的影响)所示，黄瓜幼苗地下部鲜重差异不显著；如图5-C(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地上部干重的影响)所示，T50处理下黄瓜幼苗地上部干重达到最大值，T50、T100处理下黄瓜幼苗的地上部干重较CK分别增加了41.38％、33.58％，达到显著水平(P<0.05)；如图5-D(海藻酸钠与氯化钙不同添加量对黄瓜幼苗地下部干重的影响)所示，T100处理下地下部干重黄瓜幼苗的地下部干重达到最大值，T50、T100处理黄瓜幼苗地下部干重较CK分别增加了16.95％、20.34％。
综上所述，T100处理水平下效果最佳，黄瓜幼苗根中镉含量、茎中镉含量和叶中镉含量较CK分别降低了27.37％、26.78％、10.72％，黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶片数、总根长、根系表面积、根系体积、根尖数、地上部鲜重、地上部干重以及地下部干重较CK分别增加了20.63％、7.62％、8.99％、15.79％、15.31％、15.24％、16.24％、13.02％、33.58％、20.34％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种镉包埋方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠和氯化钙分别溶于水，制成质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液和质量百分含量为2％的氯化钙水溶液；
在镉污染土壤或基质中添加氯化钙水溶液，搅拌后，添加海藻酸钠水溶液，搅拌。
2.根据权利要求1所述的镉包埋方法，其特征在于，每千克所述镉污染土壤或基质中，添加45～50mL质量百分含量为2％的氯化钙水溶液；每千克所述镉污染土壤或基质中，添加22.5～150mL质量百分含量为1％的海藻酸钠水溶液。
3.权利要求1或2所述镉包埋方法在治理镉污染土壤中的应用。
4.权利要求1或2所述镉包埋方法在降低镉污染土壤或基质中种植的作物的镉吸收量中的应用。
5.权利要求1或2所述镉包埋方法在提高镉污染土壤或基质中种植的作物的株高和/或茎粗和/或叶片数和/或总根长和/或根系表面积和/或根系体积和/或根尖数和/或地上部鲜重和/或地上部干重和/或地下部干重中的应用。
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