改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬的方法，它是將63g沙子置于高25cm，直徑3cm的PVC管中，高度為5cm，然后將隔層材料平鋪于沙子之上，隔層材料高度為5cm，最后將70g堆肥置于堆肥隔層材料上，堆肥的高度為8cm；在PVC管上層表面播種0.3g高羊茅種子，用自來(lái)水澆灌所有的PVC管使堆肥與堆肥混合物的含水量保持在其田間持水量的60%，室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度分別為16-22℃，36-57%，用自來(lái)水澆灌所有的PVC管使堆肥與堆肥混合物的含水量保持在其田間持水量的60%，室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度分別為16-22℃，36-57%。本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了改型納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法在增加阻礙重金屬淋溶遷移方面的應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及城市綠化，特別是改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳黑在自然界廣泛存在。早期對(duì)碳黑的研究主要集中在大氣顆粒物的環(huán)境效應(yīng)方面。土壤和沉積物中非水解有機(jī)碳占總有機(jī)碳含量的25.6%-70.5%,而碳黑占總有機(jī)碳含量的4.14%-16.2%之間。有研究跡象表明，碳黑對(duì)菲的吸附等溫線(xiàn)能很好地?cái)M合Freundiich方程。H2SO4改性后的碳黑對(duì)As5+的最大吸附量可達(dá)到62.52mg.g-1。針對(duì)納米碳表面改性的方法主要有化學(xué)改性、物理改性、化學(xué)和物理聯(lián)合改性、等離子體改性和電化學(xué)改性等?；瘜W(xué)改性又分為氧化改性、還原改性、負(fù)載金屬離子改性、添加N、F、Cl等雜原子改性。其中納米碳的氧化改性主要是利用強(qiáng)氧化劑在適當(dāng)溫度下對(duì)納米碳表面進(jìn)行氧化處理，從而提高碳黑表面含氧酸性基團(tuán)的含量，增強(qiáng)表面極性。目前，通過(guò)氧化改性提高活性炭表面酸性基團(tuán)的改性劑主要有順03、H2O2^H2SO4, HC1、HC10、HF和O3等氧氧化碳黑，引入了梭基，其含量為6%。有人采用硝酸氧化碳黑，得到了高含量氧的碳黑，但其中有大部分為不溶物，影響了炭黑在水中的分散。用硝酸氧化制得的碳黑CBO表面引入了大量的含氧基團(tuán)，如一C00H，一OH等，使得碳黑表面呈酸性，這些極性基團(tuán)大大增強(qiáng)了其在水中的分散性能。納米碳作為修復(fù)材料治理環(huán)境污染的研究還不是很多，還有研究用H2SO4改性的碳黑對(duì)離子態(tài)五價(jià)As的吸附,結(jié)果表明改性過(guò)的碳黑對(duì)As的最大吸附量可以達(dá)到62.52mg.g' 丁春生等(2011)使用KMnO4對(duì)碳黑進(jìn)行氧化改性，使其對(duì)Pb2+的吸附去除率達(dá)到94%。王漢衛(wèi)(2009)在土壤中分別添加1%、3%、5%用HNO3改性的納米碳后，土壤有效態(tài)Cu分別降低了 47.26%、72.01%、80.89%，有效態(tài) Zn 分別降低了 3.00%、17.71%、43.61 V0o
[0003]到目前為止，將納米碳作為修復(fù)材料用于堆肥治理的研究非常缺乏。顯然，納米碳高比表面積、高反應(yīng)活性和強(qiáng)吸附特性等的特點(diǎn)，對(duì)重金屬的吸附固定能力要大于一般粒徑的吸附材料。將納米碳應(yīng)用于堆肥重金屬污染修復(fù)中，可以避免給堆肥帶來(lái)不良影響，這是以石灰、蛙石、沸石等作為鈍化劑地方法無(wú)法比擬的。這將發(fā)展成為一種低成本和環(huán)境友好的原位鈍化重金屬的技術(shù)，為納米碳在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用提供新的發(fā)展空間。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)EDTA與DTPA對(duì)土壤中各重金屬離子的活化能力較強(qiáng)，特別是對(duì)Pb、Zn、Cr等。螯合劑的使用通常會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用，如引起植物的黃化、萎蔫，甚至是死亡(胡亞虎等，2010)。因此，施用絡(luò)合劑時(shí)，在濃度選擇上，一定要慎重。廉菲等(2005)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)EDTA濃度小于等于10 mmol.kg-1時(shí)，EDTA對(duì)植株生長(zhǎng)的抑`制作用，應(yīng)該說(shuō)還是在可以接受的范圍之內(nèi)，并且可以有效增大植物地上部分重金屬富集量。沈志平等(2013)發(fā)現(xiàn)DTPA能顯著增加Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在高羊茅地上部的富集，但濃度為20 mmol.kg—1與10 mmol.kg—1 DTPA對(duì)高羊茅地上部重金屬的富集差異不顯著，但高濃度的DTPA抑制了植株的生長(zhǎng)，因此，濃度為10 mmol *kg_1的DTPA應(yīng)當(dāng)是最好的選擇。被絡(luò)合劑活化的重金屬在土壤中的移動(dòng)性顯著增強(qiáng)，因此當(dāng)絡(luò)合劑被用于植物修復(fù)中時(shí)很可能會(huì)造成重金屬向深層土壤淋溶遷移，以至于污染地下水。可見(jiàn)，淋溶問(wèn)題不能解決，EDTA與DTPA有效協(xié)同富集就不能實(shí)現(xiàn)。
[0005]本實(shí)驗(yàn)采用不同隔層的草坪滲漏體系，即鋸末與不同改性納米碳混合隔層，協(xié)同
10mmol.kg—1 EDTA和10 mmol.kg—1 DTPA，提高含有高濃度重金屬的堆肥植物修復(fù)能力，研究了此滲漏體系阻隔重金屬淋溶遷移的可行性。
[0006]將城市垃圾堆肥作為草坪基質(zhì)，不僅可以避免草皮起皮對(duì)土壤的傷害，還解決了垃圾堆肥的出路問(wèn)題。堆肥含有豐富的養(yǎng)分，是替代土壤作為草坪基質(zhì)的較理想材料，一些草坪植物種能夠在重金屬污染較重的基質(zhì)中生長(zhǎng)，且生長(zhǎng)速度快、再生能力強(qiáng)，堆肥的土地利用具有非常重要的意義。運(yùn)用鈍化法修復(fù)城市垃圾堆肥中的重金屬具有較大的應(yīng)用價(jià)值。因此城市堆肥作為草坪基質(zhì)的同時(shí)其重金屬又能得到草坪植物的修復(fù)。
[0007]但是納米碳用于草坪堆肥基質(zhì)，實(shí)現(xiàn)重金屬的鈍化修復(fù)的研究還尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。利用納米碳高比表面積、高反應(yīng)活性和強(qiáng)吸附特性等，通過(guò)化學(xué)改性使之進(jìn)一步加強(qiáng)，通過(guò)其吸附作用，降低堆肥重金屬的生物有效性，無(wú)疑是一種協(xié)同植物聯(lián)合螯合劑修復(fù)堆肥重金屬有效技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法。
[0009]本發(fā)明在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用不同方法對(duì)納米碳進(jìn)行改性，對(duì)比了不同改性納米碳對(duì)堆肥重金屬的鈍化作用；并將各種改性納米碳分別與鋸末成比例混合做隔層，協(xié)同螯合劑，探究改性納米碳作為隔層的滲漏體系對(duì)阻隔重金屬淋溶的可行性；在早期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)不同改性納米碳對(duì)堆肥重金屬各個(gè)形態(tài)影響的初步研究，更進(jìn)一步對(duì)比了不同改性納米碳對(duì)重金屬的鈍化效果，得出效果最優(yōu)的改性納米碳，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案:
一種改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行:
(1)材料的處理:
實(shí)驗(yàn)前對(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，去除其中的塑料薄膜、磚瓦、石塊和玻璃大塊雜物，風(fēng)干后，過(guò)2 mm篩，備用；垃圾堆肥理化性質(zhì)為:pH 7.62，有機(jī)質(zhì)含量221.25 g.kg—1，全氮13.48 g.kg'有效磷 0.078 g.kg' C/N 是 8.37，飽和含水量 0.76 mL.g_\ 容重 0.85g.ml/1 ;重金屬(0、01、？13、211)含量分別為 67.00、238.73,172.11 和 496.38 mg.kg-1 ;植物選用高羊茅arundinacea L )；
納米碳粒徑20-70 nm,比表面積為1.2 X IO5 m2.1^，ρΗ值為7，施用前對(duì)其進(jìn)行改性，分別得到KMn04、H2SO4或HNO3改性的納米碳；
人造雨水的組成成分為(mg/L)，NO3-:1.94 ; ΝΗ4+:0.49 ； Na+: 1.87 ；Mg2+:0.25 ；Ca2+:0.29; Cl —:3.41; S042 —:2.65; pH:4.40;
(2)實(shí)驗(yàn)方法:
I)草坪基質(zhì)滲漏體系設(shè)計(jì)淋溶實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)自然光下進(jìn)行，將63 g沙子置于高25 cm，直徑3 cm的PVC管中，高度為5 cm，然后將隔層材料平鋪于沙子之上，隔層材料高度為5 cm，最后將70 g堆肥置于堆肥隔層材料上，堆肥的高度為8 cm;在PVC管上層表面播種0.3 g高羊茅種子，用自來(lái)水澆灌所有的PVC管使堆肥與堆肥混合物的含水量保持在其田間持水量的60%，室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度分別為16-22°C，36-57% ;所述的隔層材料:..............................
【權(quán)利要求】
1.改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行: (1)材料的處理: 實(shí)驗(yàn)前對(duì)垃圾堆肥進(jìn)行預(yù)處理，去除其中的雜物，風(fēng)干后，過(guò)2 _篩，備用；植物選用高羊茅arundinacea L );納米碳粒徑 20-70 nm,比表面積為 1.2 X IO5 m2.kg-1,pH值為7，施用前對(duì)其進(jìn)行改性，分別得到KMn04、H2SO4或HNO3改性的納米碳； 人造雨水的組成成分為(mg/L)，NO3-:1.94 ; ΝΗ4+:0.49 ； Na+: 1.87 ；Mg2+:0.25 ；Ca2+:0.29; Cl —:3.41; S042 —:2.65; pH:4.40; (2)實(shí)驗(yàn)方法: 1)草坪基質(zhì)滲漏體系設(shè)計(jì) 淋溶實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)自然光下進(jìn)行，將63 g沙子置于高25 cm，直徑3 cm的PVC管中，高度為5 cm，然后將隔層材料平鋪于沙子之上，隔層材料高度為5 cm，最后將70 g堆肥置于堆肥隔層材料上，堆肥的高度為8 cm;在PVC管上層表面播種0.3 g高羊茅種子，用自來(lái)水澆灌所有的PVC管使堆肥與堆肥混合物的含水量保持在其田間持水量的60%，室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度分別為16-22°C，36-57%;
2.權(quán)利要求1所述改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法在提高高羊茅對(duì)重金屬富集方面的應(yīng)用，所述的以鋸末+ HNO3改性納米碳做隔層對(duì)高羊茅地上部分重金屬Cd、Zn、Cu的富集量作用顯著，鋸末+ H2SO4改性納米碳使高羊茅地上部分重金屬Cu的富集量作用顯著；以鋸末+KMnO4改性納米碳做隔層使高羊茅地上部分重金屬Cr，Pb，Zn的富集量作用顯著。
3.權(quán)利要求1所改性納米碳聯(lián)合草坪草及螯合劑阻隔富集堆肥重金屬方法在增加阻礙重金屬淋溶遷移方面的應(yīng)用，其中隔層為鋸末+ HNOji性納米碳使?jié)B濾液中重金屬Cd，Cr，Pb，Zn的含量作用顯著；隔層為鋸末+ KMnO4改性納米碳使?jié)B濾液中重金屬Cu的含量作用顯 著。
【文檔編號(hào)】C05F9/00GK103819233SQ201410086699
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】趙樹(shù)蘭, 多立安, 賀璐 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)