采用環(huán)草隆與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法
【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，涉及一種采用Siduron(環(huán)草?。┡c碳納米管隔 層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生活垃圾即城市人們?nèi)粘Ｉ钪信艞壍墓腆w廢棄物的統(tǒng)稱，我國(guó)對(duì)城市生活垃圾 的處理多采用堆肥技術(shù)。城市生活垃圾堆肥含有磷、氮、鉀和有機(jī)質(zhì)等多種植物生長(zhǎng)所需營(yíng) 養(yǎng)物質(zhì)，可作為有機(jī)肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。垃圾堆肥中的養(yǎng)分能夠使養(yǎng)分中的有機(jī)質(zhì)含量增加 11. 81%_72. 12%。有研宄表明生活垃圾堆肥的施用能夠顯著提高大白菜產(chǎn)量。研宄發(fā)現(xiàn)利 用生活垃圾堆肥做為基質(zhì)種植茶樹(shù)，比對(duì)照組增產(chǎn)7%左右。而將生活垃圾堆肥作為組配基 質(zhì)替代耕層土壤生產(chǎn)草皮，則是垃圾堆肥應(yīng)用的另一有效方式。以生活垃圾堆肥為主體材 料來(lái)培植草坪植株，實(shí)驗(yàn)證明所用組配基質(zhì)能夠培植草皮，與土壤相比綜合性能較強(qiáng)，各應(yīng) 用生態(tài)性能如雜草控制和節(jié)水等性能良好；通過(guò)研宄黑麥草和高羊茅對(duì)復(fù)合城市生活垃圾 堆肥基質(zhì)的生態(tài)響應(yīng)得出，用生活垃圾堆肥來(lái)替代土壤具有一定的資源開(kāi)發(fā)潛力。 但由于我國(guó)大部分的城市垃圾種類繁雜且未經(jīng)處理，許多廢舊電子產(chǎn)品和生活垃圾共 同堆放，造成生活垃圾堆肥中重金屬含量較高，并且會(huì)隨著降雨滲濾到土壤和地下水中，引 起土壤的重金屬污染；同時(shí)，重金屬的生物有效部分可能導(dǎo)致土壤表面的植物體內(nèi)重金屬 含量較高，并通過(guò)食物鏈在人體中聚集，給人體健康帶來(lái)了巨大危害。有人通過(guò)以生菜為 供實(shí)植株發(fā)現(xiàn)堆肥的施用對(duì)其產(chǎn)量有明顯的增產(chǎn)作用，但植株體內(nèi)重金屬含量隨之增多。 Madrid等研宄了連續(xù)使用垃圾堆肥對(duì)土壤中重金屬累積及生物有效性重金屬含量的影響， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，連續(xù)使用垃圾堆肥土壤中重金屬含量會(huì)持續(xù)升高，而生物有效性重金屬含量也 隨著升高。垃圾堆肥中的重金屬比土壤中固有的重金屬生物有效性更高，植物更容易利用。 有研宄表明在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)玉米籽粒中Cr、Cd的含量隨堆肥施加量增加而增加，與對(duì)照相比 增幅達(dá)到38. 6% - 450%。有人研宄堆肥對(duì)小麥體內(nèi)重金屬積累的影響發(fā)現(xiàn)，小麥體內(nèi)的重 金屬富集量與堆肥用量同樣成正相關(guān)。因此，城市生活垃圾堆肥由于在促進(jìn)植株生長(zhǎng)的同 時(shí)也增加了植株重金屬的富集，限制了生活垃圾堆肥的廣泛應(yīng)用。 農(nóng)藥的廣泛應(yīng)用，為世界各國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)促 使了農(nóng)藥工業(yè)從無(wú)到有直至壯大并形成一個(gè)協(xié)同發(fā)展的體系；農(nóng)藥的使用在促進(jìn)了我國(guó)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)發(fā)展；其中Siduron是一類用量比較廣泛的一類農(nóng)藥。 重金屬可導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降，對(duì)地下水和農(nóng)作物造成污染，直接或間接危害人畜健 康。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)表明，向堆肥基質(zhì)中添加Siduron后會(huì)增加重金屬的有效態(tài)并且能與重 金屬發(fā)生耦合效應(yīng)使高羊茅草體內(nèi)重金屬富集量與對(duì)照組相比明顯增多。Siduron的加入 還增加了滲濾液中重金屬含量，使重金屬活性增強(qiáng)，淋溶風(fēng)險(xiǎn)增大，對(duì)地下水造成一定的污 染。原位固定方案可以用來(lái)防治這一現(xiàn)象。經(jīng)常用作土壤中重金屬固定劑的物質(zhì)有鋸末、 碳黑，生石灰、磷酸鹽以等。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)苯胺在未經(jīng)過(guò)處理的碳納米管上達(dá)到最快吸附速率， 在硝酸氧化后的碳納米管上達(dá)到最大的吸附量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明以氧化改性碳納米管作為隔層，目的在于利用隔層，減輕Siduron與堆肥 復(fù)合重金屬耦合后重金屬向地下滲漏的作用，并為改性碳納米管在修復(fù)有重金屬耦合污染 提供重要的技術(shù)支撐。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了如下的技術(shù)內(nèi)容： 一種采用Siduron與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法，其特征在于按如下 的步驟進(jìn)行： (1) 在自然光下，采用PVC管，〇=3cm，h=25cm，每只PVC管下端用紗布包好，裝入10g 過(guò)1mm篩的沙子然后將隔層置于沙子上，高度為5cm，最后將160g堆肥置于隔層之上，每個(gè) PVC管內(nèi)撒上0. 3g提前24h浸泡過(guò)的高羊茅種子，每天早晚用自來(lái)水澆灌所有的PVC管并 通過(guò)稱重法調(diào)整含水量；使堆肥與混合物的含水量保持在其最大持水量的60%，室內(nèi)的溫 度和相對(duì)濕度分別為19-24°C，41-58%，光照強(qiáng)度為600-850umaHn-h-l; (2) 隔層材料：載體材料干重5g，碳納米管干重2g混合均勻，隔層總高度為5cm，然后 加入20mmol/kg配比好的Siduron溶液，正常培養(yǎng)30d后將20mmol/kg配比好的Siduron 溶液加入到堆肥基質(zhì)中，15d后預(yù)留lcm后刈割；將刈割下的地上部分置于80°C的烘箱中 烘干至衡重； (3 )刈割后第2天將40mL的人造雨水緩慢連續(xù)地澆灌于PVC管內(nèi)，之后每周淋洗一次， 共計(jì)三次，淋洗結(jié)束后測(cè)定體積，測(cè)定地上部分生物量、重金屬富集量以及淋溶液中重金屬 含量。 本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了采用碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法在提高高羊茅 地上部分重金屬富集量、降低滲濾液中重金屬總量方面的應(yīng)用。特別是在降低重金屬向地 下水迀移風(fēng)險(xiǎn)方面的應(yīng)用。 本發(fā)明所述重金屬指的是：Cu、Cd、Cr、Pb和Zn。 所述的改性碳納米管粒徑為20-40nm，比表面積> 110m2/g，灰分< 8wt%，純度> 90wt%，-C00H含量為1. 43wt% ;載體材料選擇鋸末，含水率30%，過(guò)2mm篩，在70°C干燥24h〇 本發(fā)明更加詳細(xì)的描述如下： 1研制材料與方法 1. 1供試材料 選取購(gòu)自天津市小淀垃圾堆肥處理廠的生活垃圾堆肥作為基質(zhì)。實(shí)驗(yàn)前將垃圾堆肥中 的塑料薄膜、磚瓦、石塊和玻璃等大塊雜物去除。風(fēng)干后，過(guò)2mm篩，備用。堆肥理化性質(zhì) 為：pH7. 62,有機(jī)質(zhì)含量 221. 25g?kg-1，全氮 13. 48g?kg-1，有效磷 0? 078g?kg-1，C/ N是8?37，飽和含水量0?76mL?g_1，容重0?85g?mL_1;重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn)含量 分別為 1. 97、67. 00、238. 73、172. 11 和 496. 38mg?kg' 草坪植物選用高羊茅 arundinaceaL. )〇 Siduron(環(huán)草?。椴萜Ｓ贸輨?，化學(xué)名稱為N-(2-甲基環(huán)己基）-N-苯基脲， 分子式為C14H2(lN20,相對(duì)分子質(zhì)量為232. 32。結(jié)構(gòu)式如下：
本試驗(yàn)所用Siduron購(gòu)自鄭州市草坪安全園林植物保護(hù)技術(shù)研宄所，純度為99. 5%的 分析純。 改性碳納米管（IMC6-CH)購(gòu)自北京博宇高科新材料公司，粒徑為20-40nm，比表面積> 110m2/g，灰分< 8wt%，純度 > 90wt%，-C00H含量為 1. 43wt%。 載體材料選擇鋸末，購(gòu)自天津吉星木材加工廠，含水率30%，過(guò)2mm篩，在70°C干燥24h 后備用。 1. 2人造雨水的制備 模擬自然條件下降水對(duì)基質(zhì)環(huán)境的沖刷影響，根據(jù)韓毓（2008)調(diào)查全天津市降水pH值范圍為4. 00-8. 24,年均值為5. 59,屬酸性降水。本實(shí)驗(yàn)用（NH4)2S04、Na2S04、K2S04、MgS04、 Ca(N03)2、Mg(N03)2、H2S04配制出SO廣、NO'Cl\NH+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+濃度分別為 14. 96、 6. 54、1. 68、3. 71、0. 82、1. 38、0. 64 和 0? 78mg?I71 的雨水，并用HC1 調(diào)配pH為 5. 59,以備 淋溶時(shí)使用。 1. 3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 此實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)自然光下進(jìn)行。試驗(yàn)容器為PVC管（〇=3cm，h=25cm)，每只PVC管 下端用紗布包好，裝入l〇g過(guò)1mm篩的沙子然后將隔層置于沙子上，高度為5cm，最后將 160g堆肥置于隔層之上。每個(gè)PVC管內(nèi)撒上0. 3g提前24h浸泡過(guò)的高羊茅種子，每天 早晚用自來(lái)水澆灌所有的PVC管并通過(guò)稱重法調(diào)整含水量。使堆肥與混合物的含水量保 持在其最大持水量的60%。室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度分別為19-24°C，41-58%，光照強(qiáng)度為 600-850 隔層材料分別CK組：無(wú)隔層；處理組：載體材料鋸末(處理I)和載體材料+改性碳納 米管（MC6-CH)(處理II)。其中處理I載體材料為12. 5g，高度為5cm;處理II載體材料 與碳納米管按照體積比為1:1 (載體材料干重5g，碳納米管干重2g)混合均勻，隔層總高度 為 5cm〇 每組處理分別加入20mmol/kg配比好的Siduron溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)處理3次重復(fù)。共9組，27根PVC管(表1) 表1隔層與Siduron的不同處理方案
正常培養(yǎng)30d后分別將按照20mmol/kg配比好的Siduron溶液加入到堆肥基質(zhì)中，15d后預(yù)留lcm后刈割；將刈割下的地上部分置于80° C的烘箱中烘干至衡重。 刈割后第2天分別將40mL的人造雨水緩慢連續(xù)地澆灌于各個(gè)PVC管內(nèi)，之后每周淋 洗一次，共計(jì)三次。淋洗結(jié)束后測(cè)定體積。分別測(cè)定地上部分生物量、重金屬富集量以及淋 溶液中重金屬含量。 1. 4重金屬含量分析 重金屬含量的測(cè)定：，用硝酸：高氯酸：