CN111795875A

CN111795875A - 一种土壤胶体颗粒的制备方法

Info

Publication number: CN111795875A
Application number: CN201910379613.3A
Authority: CN
Inventors: 丁竹红; 刘玉婷; 胡忻; 许钊
Original assignee: Nanjing University; Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing University; Nanjing Tech University
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-10-20

Abstract

本发明公开了一种使用球磨法制备土壤胶体颗粒方法。首先将采集到的土样中的枯树枝叶、动植物残体等杂质去除，放入粉碎机中粉碎；将粉碎后的土样放入球磨罐，加入助磨剂进行正反交替式球磨；球磨结束后，置于冷冻干燥机上冷冻干燥后即可得到不同粒径的土壤胶体。本方法制备的土壤胶体，制备量大，操作简单，是一种快速制备土壤胶体颗粒的方法。

Description

一种土壤胶体颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及土壤胶体颗粒的一种制备方法，属于土壤化学与土壤环境科学领域。

背景技术

土壤胶体通常是指粒径在0.001-1.0μm范围内的土壤颗粒，是土壤中细微且活泼的部分。由于其体积小、比表面积大、具有表面活性等特点，被认为是重金属和有机污染物运移的潜在载体，并能增强难溶性污染物在地下环境中的迁移性。土壤胶体可以直接吸附重金属，其与土壤颗粒表面也存在反应，间接通过吸附-解吸以及沉积作用控制重金属，影响其迁移过程。将土壤胶体作为研究对象，探讨土壤胶体在土层间土壤与地下水间的运移规律，以及土壤胶体辅助的重金属或有机污染物土层间土壤与地下水间的运移，对阐明水土侵蚀和污染物土壤/地下水迁移传输规律具有重要的科学意义。大量土壤胶体颗粒的获得是室内外模拟等相关研究的基础。目前土壤胶体颗粒的提取方法主要是沉降虹吸法和离心法。这两种方法繁琐，且土壤中胶体粒径级别的颗粒含量少(通常小于2％)，因而单次提取量小。

发明内容

本发明的目的是提供一种土壤胶体颗粒的制备方法。采用球磨法制备土壤胶体颗粒，可以将土壤胶体样品在加入助磨剂的条件下球磨至所需粒径的土壤胶体颗粒，因而提取量大，提取效率高，是一种土壤胶体颗粒制备量大、操作简单的快捷制备方法。

本发明的制备土壤胶体颗粒的方法，具体是使用球磨法制备土壤胶体。

优选的，所述球磨法是指将土壤样品放入球磨机的球磨罐中，加入助磨剂，进行正反交替式球磨。

优选的，所述球磨机转速为500-800rpm·min^-1，正转与反转交替进行，每次转动30min，中间间歇10min，球磨时间设定为12～24h。

优选的，所述的助磨剂是液体助磨剂，分为有机溶剂和无机溶剂，球磨罐中土壤与助磨剂的质量体积比应为1(g)：1～2(ml)。

优选的，所述液体助磨剂为水或乙醇。

优选的，在土壤胶体制备前先将土壤中的杂质包括枯树枝叶、动植物残体去除。

优选的，去除土壤杂质后干燥土壤，通过晒干、烘干或晾干的方式。

优选的，所述烘干是指在50-100℃条件下烘干。

优选的，所述干燥后的土壤通过粉碎机粉碎。

优选的，对所述球磨后的土壤样品进行冷冻干燥。

有益效果

本发明提供一种土壤胶体颗粒的快速制备方法，即在加入助磨剂的条件下球磨土壤样品制备土壤胶体颗粒。在加入助磨剂并且球磨12～24小时后，可以将加入的土壤样品制备成粒径在100-1000nm的土壤胶体颗粒。土壤中胶体粒径级别的颗粒含量少(通常小于2％)，而常用的提取土壤胶体的方法如沉降虹吸法和离心法能提取到的土壤胶体就更少了(小于1％)且方法繁琐；而采用球磨法制备土壤胶体颗粒，可以将土壤胶体样品在加入助磨剂条件下几乎100％球磨至所需颗粒粒径的土壤胶体颗粒，其中很少的损失为球墨罐中粘在罐内的土壤胶体。制备效率相比于只能提取土壤样品中固有的土壤胶体颗粒的沉降虹吸法和离心法提高了几十倍。通过本发明方法，可以做到快速制备大量的土壤胶体颗粒，制备效率高、操作简单。

附图说明

图1为矿区土土壤胶体颗粒(土壤与乙醇的质量体积比为1(g)：1(ml))SEM电镜图；

图2为矿区土土壤胶体颗粒(土壤与水的质量体积比为1(g)：1(ml))SEM电镜图；

图3为黑土土壤胶体颗粒SEM电镜图；

图4为红土土壤胶体颗粒SEM电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。

实施例1

一、矿区土壤制备土壤胶体颗粒

矿区土壤一般分布在矿区，包含重金属、酸盐类等物质。本实施例的矿区土壤采集于江苏省南京市栖霞山。

1.矿区土壤的预处理

将采集的矿区土壤中的枯树枝叶、动植物残体等杂质去除，晒干后放入粉碎机粉碎。

2.土壤胶体颗粒的制备

(1)准确称取4份15g处理后的矿区土壤土置于球磨机的球磨罐中，按照土壤与助磨剂的质量体积比1(g)：1(ml)与1(g)：2(ml)分别加入15mL和30mL的去离子水和15mL和30mL的无水乙醇作为助磨剂，置于行星式球磨机(planetary ball mill,QM-3SP04-1,NanjingUniversity,CHN)上球磨。球磨在常温常压下进行，转速设定为600r·min^-1，采用正反转动交替模式进行研磨，各30min，中间间隔10min，研磨时间为24h。

(2)球磨完毕后置于冷冻干燥机(freeze dryer,LGJ-12,Song Yuan Beijing,CHN)上冻干。

二、制备的矿区土土壤胶体颗粒的表征

(1)分别取2mg矿区土土壤胶体粉末加入到100mLNaCl浓度为1mmol·L^-1的NaCl溶液中，用超声波细胞破碎仪超声30min后得到浓度为20mg·L^-1的土壤胶体分散液，用动态光散射仪(90plus,BIC,ΜSA)测定粒径大小。

动态光散射测得的矿区土壤胶体粒径介于0.001-1.0μm之间，平均在200-400nm之间(表1)，表明所制备的矿区土壤胶体颗粒粒径符合土壤胶体粒径的要求。

表1矿区土土壤胶体颗粒的平均粒径

(2)取2mg土样与助磨剂质量体积比为1:1球磨得到的矿区土土壤胶体粉末加入到100mLNaCl浓度为1mmol·L^-1的NaCl溶液中，用超声波细胞破碎仪超声30min后得到浓度为20mg·L^-1的土壤胶体分散液。取几滴土壤胶体分散液置于用乙醇洗净的铜片上,置于烘箱中在65℃的温度下烘干2h，将烘干后的铜片用导电胶带粘在扫描电子显微镜(SEM)的样品底座上。以采用蒸金的方法在土壤胶体上镀上一层导电层。然后，将底座安装到扫描电子显微镜(SEM)中，开始操作仪器，调整方法倍数，直到能够比较清晰的观察到土壤胶体的形貌，即可得到矿区土土壤胶体颗粒(土壤与乙醇的质量体积比为1(g)：1(ml))的电镜图图1和矿区土土壤胶体颗粒(土壤与水的质量体积比为1(g)：1(ml))电镜图图2。

从图1和图2中可看出，大量粒径小于1μm的土样胶体颗粒团聚在一起。

(3)本实施例中的4份矿区土壤，在24h里，最终分别产出土壤胶体颗粒14.6g、14.8g、14.5g和14.4g，平均产出量达到97.17％。(损耗为粘在球磨珠以及球墨内壁上的土壤胶体颗粒)

实施例2

一、黑土制备土壤胶体颗粒

黑土土壤一般分布在东北平原，主要特点是肥力大，营养丰富。本实施例的黑土采集于吉林省延边东城镇兴城村。

1.黑土的预处理

将采集到的黑土中的枯树枝叶、动植物残体等杂质去除，晒干后放入粉碎机粉碎。

2.土壤胶体颗粒的制备

(1)准确称取2份10g处理后的黑土置于球磨罐中，按照土壤与助磨剂的质量体积比1(g)：1(ml)，加入10mL无水乙醇，置于行星式球磨机(planetary ball mill,QM-3SP04-1,NanjingUniversity,CHN)上球磨。球磨在常温常压下进行，转速设定为600r·min^-1，采用正反转动交替模式进行研磨，各30min，中间间隔10min，研磨时间为24h。

(2)球磨完毕后置于冷冻干燥机(freeze dryer,LGJ-12,Song Yuan Beijing,CHN)上冻干。二、制备的黑土土壤胶体颗粒的表征

(1)分别取2mg黑土土壤胶体颗粒加入到100mLNaCl浓度为1mmol·L^-1的NaCl溶液中，用超声波细胞破碎仪超声30min后得到浓度为20mg·L^-1的土壤胶体分散液，用动态光散射仪(90plus,BIC,ΜSA)测定粒径大小。

动态光散射测得的粒径介于0.001-1.0μm之间，平均为296.26nm(表2)，表明所制备的黑土土壤胶体颗粒粒径符合土壤胶体粒径的要求。

(2)取2mg黑土土壤胶体粉末加入到100mLNaCl浓度为1mmol·L^-1的NaCl溶液中，用超声波细胞破碎仪超声30min后得到浓度为20mg·L^-1的土壤胶体分散液。取几滴土壤胶体分散液置于用乙醇洗净的铜片上,置于烘箱中在65℃的温度下烘干2h，将烘干后的铜片用导电胶带粘在扫描电子显微镜(SEM)的样品底座上。以采用蒸金的方法在土壤胶体上镀上一层导电层。然后，将底座安装到扫描电子显微镜(SEM)中，开始操作仪器，调整方法倍数，直到能够比较清晰的观察到土壤胶体的形貌，即可得到电镜图图3。

(3)本实施例中的黑土，在24h里，最终分别产出土壤胶体颗粒9.7g，平均产出量达到97％(损耗为粘在球磨珠以及球墨内壁上的土壤胶体颗粒)。

实施例3

一、红土制备土壤胶体颗粒

红土是分布在热带、亚热带雨林、季雨林地区或常绿阔叶林植被下的土壤，富含铁、铝氧化物。本实施例的黑土采集于江西鹰潭市中科院鹰潭红壤生态站。

1.红土的预处理

将采集到的红土中的枯树枝叶、动植物残体等杂质去除，晒干后放入粉碎机粉碎。

2.红土胶体颗粒的制备

(1)准确称取2份10g处理后的红土置于球磨罐中，按照土壤与助磨剂的质量体积比1(g：)1(ml)加入10mL无水乙醇，置于行星式球磨机(planetary ball mill,QM-3SP04-1,NanjingUniversity,CHN)上球磨。球磨在常温常压下进行，转速设定为600r·min^-1，采用正反转动交替模式进行研磨，各30min，中间间隔10min，研磨时间为24h。

二、制备的红土土壤胶体颗粒的表征

(1)分别取2mg红土土壤胶体颗粒加入到100mLNaCl浓度为1mmol·L^-1的NaCl溶液中，用超声波细胞破碎仪超声30min后得到浓度为20mg·L^-1的土壤胶体分散液，用动态光散射仪(90plus,BIC,ΜSA)测定粒径大小。

动态光散射测得的粒径介于0.001-1.0μm之间，平均为329.34nm(表2)，表明所制备的红土土壤胶体颗粒粒径符合土壤胶体粒径的要求。

(2)取2mg红土土壤胶体粉末加入到100mLNaCl浓度为1mmol·L^-1的NaCl溶液中，用超声波细胞破碎仪超声30min后得到浓度为20mg·L^-1的土壤胶体分散液。取几滴土壤胶体分散液置于用乙醇洗净的铜片上，置于烘箱中在65℃的温度下烘干2h，将烘干后的铜片用导电胶带粘在扫描电子显微镜(SEM)的样品底座上。以采用蒸金的方法在土壤胶体上镀上一层导电层。然后，将底座安装到扫描电子显微镜(SEM)中，开始操作仪器，调整方法倍数，直到能够比较清晰的观察到土壤胶体的形貌，即可得到电镜图图4。

(3)本实施例中的红土，在24h里，最终分别产出土壤胶体颗粒9.8g，平均产出量达到98％(损耗为粘在球磨珠以及球墨内壁上的土壤胶体颗粒)。

表2黑土和红土土壤胶体的平均粒径

Claims

1.一种土壤胶体颗粒的制备方法，其特征在于，使用球磨法制备土壤胶体颗粒。

2.根据权利要求1所述的土壤胶体颗粒的制备方法，其特征在于，所述球磨法是指将土壤放入球磨机的球磨罐中，加入助磨剂，进行正反交替式球磨。

3.根据权利要求2所述的土壤胶体颗粒的制备方法，其特征在于所述球磨机转速为500-800rpm·min^-1，正转与反转交替进行，每次转动30min，中间间歇10min，球磨时间设定为12～24h。

4.根据权利要求1至3任意一项土壤胶体颗粒的制备方法，其特征在于所述的助磨剂是液体助磨剂，分为有机溶剂和无机溶剂，球磨罐中土壤与助磨剂的质量体积比应为1(g)：1～2(ml)。

5.根据权利要求4所述的土壤胶体颗粒的制备方法，其特征在于所述液体助磨剂为水或乙醇。

6.根据权利要求4所述的制备土壤胶体颗粒的方法，其特征在于在采用球磨法制备土壤胶体前，先去除土壤胶体的杂质，然后干燥土壤，所述的干燥方法为晒干、烘干或晾干，再对土壤进行粉碎。

7.根据权利要求6所述的土壤胶体颗粒的制备方法，其特征在于所述烘干是指在50-100℃条件下烘干。

8.根据权利要求1所述的土壤胶体颗粒的制备方法，其特征在于对球磨后的土壤进行冷冻干燥。