CN111408616B - 一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，包括以下步骤：将羊栖菜或鼠尾藻用水冲洗后，再用去离子水润洗；对润洗后的羊栖菜或鼠尾藻进行干燥处理；将干燥处理后的羊栖菜或鼠尾藻进行粉碎，得到羊栖菜粉或鼠尾藻粉；在羊栖菜粉或鼠尾藻粉中加入蒸馏水，使其处于55±0.5℃—65±0.5℃下振荡8‑16h得到混合液，混合液过滤得到生物质提取液；将生物质提取液加入到镉污染的土壤中混合，在振荡条件下提取混合土壤；将混合土壤在离心条件下进行固液分离得到无镉土壤和镉污染液。本发明选用羊栖菜或鼠尾藻等作为提取液原料，成本低廉，对提取镉污染土壤中的重金属镉效果明显，且不会对生态环境造成二次污染。

Description

一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤的修复技术领域，特别是指一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法。

背景技术

随着工农业的快速发展，土壤的重金属污染问题愈显严重，其中以镉、Zn、Cu等重金属污染为主。重金属镉污染农田土壤不仅会危及植物的生长和发育，还会进一步影响农产品品质，最后通过食物链危及人类健康。目前，修复重金属污染土壤的原理主要从两方面考虑：（1）降低重金属在土壤环境中转化迁移性，改变重金属形态，使其固化，能够相对稳定存在。（2）使部分重金属从土壤环境中彻底分离，接近或达到原有的自然背景值。基于以上原理，主要包括有物理法、化学法、生物法以及联合修复方法等几种修复方法，其中化学提取修复技术是一种非常有应用前景的修复方法。

化学提取修复技术是通过提取剂与土壤中重金属发生反应，改变土壤中重金属形态，最终形成可溶性离子或金属络合物转移到液相中与土壤分离的办法。化学提取修复技术关键在于提取剂的选择，主要包括无机提取剂、表面活性剂、螯合剂和复合提取剂。HCI等无机酸在提取过程会影响土壤的酸碱度，进而破坏土壤的理化性质及其生物学特性，存在土壤养分严重流失等弊端；皂素等表面活性剂虽然可有效提取土壤中重金属镉，但成本相对较高；单一螯合剂（GLDA、EDDS、NTA和CA）对土壤中Cu、Zn、镉和Pb有一定的去除能力，但对土壤中的脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性有一定的抑制作用；CETSA、MA/AA和EDTA等螯合物作为提取剂去除土壤中重金属镉，其中，CETSA提取效果相对较好，对镉去除率也仅为52.39%，而且数据显示，经EDTA提取过后的土壤中总磷和速效磷有不同程度的流失，流失范围为14.1~31.9%。

综上所述，针对现有材料存在的二次污染、镉提取率低及成本较高等问题，寻找新的提取剂材料具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，操作简单，对镉污染土壤的提取效果明显，且不会对环境造成二次污染、成本低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，包括以下步骤：(1)将羊栖菜或鼠尾藻用水冲洗后，再用去离子水润洗；(2)将润洗后的羊栖菜或鼠尾藻置于干燥条件下进行干燥处理；(3)用粉碎机将干燥处理后的羊栖菜或鼠尾藻进行粉碎，得到羊栖菜粉或鼠尾藻粉；(4)在羊栖菜粉或鼠尾藻粉中加入蒸馏水，使其处于55±0.5℃—65±0.5℃下振荡8-16h生成混合液，将混合液过滤，得到生物质提取液；(5)将生物质提取液加入到镉污染的土壤中混合，在振荡条件下提取混合土壤；(6)将混合土壤置于离心条件下进行固液分离，得到无镉土壤和镉污染液。

本发明的再进一步设置：在步骤（4）中制得的生物质提取液中加入硝酸或氢氧化钠溶液调节pH至3.0±0.05—8.0±0.05。

本发明的再进一步设置：步骤（2）中的干燥条件：将润洗后的羊栖菜或鼠尾藻置于阳光下晾晒12h，其次置于烘干箱内在55±5℃条件下烘干至恒重。

本发明的再进一步设置：将步骤（3）中的羊栖菜粉或鼠尾藻粉过2mm筛。

本发明的再进一步设置：步骤（4）中的生物质提取液，是在混合液生成后，将其静置至少一小时过滤得到的。

本发明的再进一步设置：步骤（4）中的生物质提取液的浓度为20-100g/L。

本发明的再进一步设置：步骤（5）中的镉污染土壤与生物质提取液的固液比为1:20。

本发明的再进一步设置：步骤（5）中的振荡条件：200r/min下振荡4h。

本发明的再进一步设置：步骤（6）中的离心条件：4000r/min下离心15min。

采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明采用羊栖菜或鼠尾藻等大型藻类作为生物质提取液原料，此藻类在我国沿海一带均有分布、来源广泛、成本低廉，且不会给生态环境带来二次污染，土壤养分不会流失。

2.本发明的污染土壤中的重金属镉提取方法简单，便于操作，并且对镉污染土壤的提取效果显著。

3.羊栖菜或鼠尾藻制成的生物质提取液相对于蒸馏水本身对污染土壤中镉去除能力均提升较大。污染土壤经3次提取后，蒸馏水对污染土壤中镉的提取效率仅为2.33%，而80g/L的羊栖菜和鼠尾藻生物质提取液对污染土壤中镉的提取效率分别为83.97%和84.35%，土壤中镉的含量降至《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）中风险管制值以下，从根本上降低了重金属镉污染存在的风险，实现对污染土壤的修复。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：不同生物质材料制成的提取液对污染土壤中镉的提取率

取羊栖菜、鼠尾藻、车前草、铁皮石斛四种生物质材料，对应设立A、B、C、D四组实验组，同时设立蒸馏水为对照组。将A、B、C、D四组实验组的生物质材料用自来水反复冲洗3遍，清除表面杂质，再用去离子水润洗2遍（去离水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水），并将四组实验组置于阳光下晾晒12h，然后置于烘干箱内在55±5℃条件下烘干至恒重；再使用粉碎机粉碎并过2mm筛，得到A、B、C、D四组粉末；每一组粉末中又分配有4g、8g、16g和20g四小包粉末，将每小包粉末分别加入到200mL蒸馏水中，在65±0.5℃条件下恒温振荡12h，静置一小时后经3层无菌纱布过滤，从而制得有浓度为20g/L、40g/L、80g/L和100g/L 的A组羊栖菜提取液，浓度为20g/L、40g/L、80g/L和100g/L 的B组鼠尾藻提取液，浓度为20g/L、40g/L、80g/L和100g/L的C组车前草提取液，浓度为20g/L、40g/L、80g/L和100g/L的 D组铁皮石斛提取液；将每组提取液用硝酸或氢氧化钠溶液调节pH至3.0±0.05，按固液比1:20分别将A组、B组、C组和D组中的四份不同浓度的30mL提取液以及对照组的30mL蒸馏水分别加入到1.5000g镉污染的土壤中混合，在200r/min条件下恒温振荡4h提取混合土壤；混合土壤在4000r/min条件下离心15min得到无镉土壤和镉污染液，并取镉污染液过滤，使用原子吸收分光光度计测定镉污染液中的镉含量，并且计算出镉提取率。每组镉提取率具体见下表1。

表1污染土壤中的镉提取率

（注：提取液浓度为4种植物粉末的浸提浓度；每个处理设置3个平行，表中数据为3个平行的平均值及标准差。）

由表1可知，相比蒸馏水本身而言，用蒸馏水制备的生物提取液提取土壤中镉提取率均高于蒸馏水，能有效的提取污染土壤中的重金属镉。其中，羊栖菜、鼠尾藻提取液相比车前草、铁皮石斛提取液更能高效的提取重金属镉，在两者浓度分别为80g/L和100g/L时，提取镉的效率最高，分别为52.36%、46.44%和62.90%、63.42%。

实施例2：不同pH值条件下的镉的提取率

取羊栖菜、鼠尾藻、车前草、铁皮石斛四种生物质材料，对应设立A、B、C、D四组实验组，同时设立蒸馏水为对照组。将A、B、C、D四组实验组的生物质材料用自来水反复冲洗3遍，清除表面杂质，再用去离子水润洗2遍，并将四组实验组置于阳光下晾晒12h，然后置于烘干箱内在55±5℃条件下烘干至恒重；再使用粉碎机粉碎并过2mm筛，得到A、B、C、D四组粉末；每一组粉末中又分配有16g等量三小包粉末，将每小包粉末分别加入到200mL蒸馏水中，在65±0.5℃条件下恒温振荡12h，静置一小时后经3层无菌纱布过滤，从而制得有三份浓度为80g/L的A组羊栖菜提取液，三份浓度为80g/L的B组鼠尾藻提取液，三份浓度为80g/L的C组车前草提取液，三份浓度为80g/L的D组铁皮石斛提取液；对照组蒸馏水也设置有三份；分别将A组、B组、C组、D组实验组中的三份提取液和三份对照组蒸馏水用硝酸或氢氧化钠溶液调节pH至3.0±0.05、7.0±0.05和8.0±0.05，然后按固液比1:20分别将A组、B组、C组、D组四组实验组中的三份不同pH值的30mL提取液和三份不同pH值的30mL的蒸馏水加入到1.5000g镉污染的土壤中混合，在200r/min条件下恒温振荡4h提取混合土壤；混合土壤在4000r/min条件下离心15min得到无镉土壤和镉污染液，并取镉污染液过滤，使用原子吸收分光光度计测定镉污染液中的镉含量，并且计算出镉提取率。每组镉提取率具体见下表2。

表2 不同pH值条件下生物质提取液去除污染土壤中镉的效率

（注：提取液浓度为4种植物粉末的浸提浓度；每个处理设置3个平行，表中数据为3个平行的平均值及标准差。）

从表2中的数据分析可得：在三种pH值条件下，生物质提取液的提取效率均高于蒸馏水对重金属镉的提取效率；各生物质提取液在酸性条件下对镉提取效果较好，并且随pH值的增大呈现提取效率降低的趋势，其中，羊栖菜、鼠尾藻提取液对镉提取效果最好。

实施例3：多次提取条件下的镉的提取率

取羊栖菜、鼠尾藻、车前草、铁皮石斛四种生物质材料，对应设立A、B、C、D四组实验组，同时设立蒸馏水为对照组。将A、B、C、D四组实验组的生物质材料用自来水反复冲洗3遍，清除表面杂质，再用去离子水润洗2遍，并将四组实验组置于阳光下晾晒12h，然后置于烘干箱内在55±5℃条件下烘干至恒重；再使用粉碎机粉碎并过2mm筛，得到16g的A、B、C、D四组粉末；将每组粉末分别加入到200mL蒸馏水中，在65±0.5℃条件下恒温振荡12h，静置一小时后经3层无菌纱布过滤，从而制得有浓度为80g/L的A组羊栖菜提取液、B组鼠尾藻提取液、C组车前草提取液和D组铁皮石斛提取液；将A、B、C、D四组提取液用硝酸或氢氧化钠溶液调节pH至3.0±0.05并且每组均配制有三份，对照组蒸馏水也设置有三份；A组中的三份提取液对污染土壤提取三次，将A组的第一份提取液按固液比1:20将30mL提取液加入到1.5000g镉污染的土壤中混合，在200r/min条件下恒温振荡4h提取混合土壤；混合土壤在4000r/min条件下离心15min得到一次无镉土壤和镉污染液，再用第二份提取液对一次无镉土壤进行二次提取，采用上述提取步骤得到二次无镉土壤和镉污染液，再用第三份提取液对二次无镉土壤进行三次提取，采用上述提取步骤得到三次无镉土壤和镉污染液，使用原子吸收分光光度计分别测定三次提取出的镉污染液中的镉含量，并且计算出镉提取率，其余B、C、D三组实验组和对照组的提取步骤与A组一致也对土壤提取三次，使用原子吸收分光光度计分别测定出其余三组和对照组三次提取出的镉污染液中的镉含量，并且计算出镉提取率。每组的镉提取率具体见下表3。

表3 不同提取次数条件下生物质提取液去除污染土壤中镉的效率

（注：提取液浓度为4种植物粉末的浸提浓度；每个处理设置3个平行，表中数据为3个平行的平均值。）

由表3可知，生物质提取液对重金属镉的提取效率均高于蒸馏水的提取效率，80g/L的羊栖菜、鼠尾藻提取液在本实施例条件下第1次提取率可达52.73%和47.08%，经3次提取条件下分别可达到83.97%和84.35%。无论是单次提取还是多次提取，羊栖菜、鼠尾藻提取液提取效率均高于本实施例其他植物材料提取效率，且多次提取效果更好。

综上所述，羊栖菜和鼠尾藻作为生物质材料对修复镉污染土壤具有突出效果，不会对环境造成二次污染、成本低，且采用本发明的技术方案提取污染土壤中镉的操作步骤简单。

Claims (5)

1.一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将羊栖菜或鼠尾藻用水冲洗后，再用去离子水润洗；

（2）将润洗后的羊栖菜或鼠尾藻置于干燥条件下进行干燥处理；

（3）用粉碎机将干燥处理后的羊栖菜或鼠尾藻进行粉碎，得到羊栖菜粉或鼠尾藻粉；

（4）在羊栖菜粉或鼠尾藻粉中加入蒸馏水，使其处于55±0.5℃—65±0.5℃下振荡12h生成混合液，将混合液过滤，得到浓度为80g/L的生物质提取液，加入硝酸或氢氧化钠溶液调节pH至3.0±0.05；

（5）将生物质提取液加入到镉污染的土壤中混合，在振荡条件下提取混合土壤，振荡条件为200r/min下振荡4h；

（6）将混合土壤置于离心条件下进行固液分离，得到无镉土壤和镉污染液，离心条件为4000r/min下离心15min。

2.根据权利要求1所述的一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，其特征在于，步骤（2）中的干燥条件：将润洗后的羊栖菜或鼠尾藻置于阳光下晾晒12h，其次置于烘干箱内在55±5℃条件下烘干至恒重。

3.根据权利要求1所述的一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，其特征在于，将步骤（3）中的羊栖菜粉或鼠尾藻粉过2mm筛。

4.根据权利要求1所述的一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，其特征在于，步骤（4）中的生物质提取液，是在混合液生成后，将其静置至少一小时过滤得到的。

5.根据权利要求1所述的一种利用羊栖菜或鼠尾藻提取污染土壤中镉的方法，其特征在于，步骤（5）中的镉污染土壤与生物质提取液的固液比为1:20。