對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩(wěn)定化處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重金屬污染物處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩(wěn)定化處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活、環(huán)境事故而產(chǎn)生的大量重金屬污染物被排放到水體或土壤中，并在環(huán)境介質(zhì)中積累，導致重金屬污染問題日趨嚴重。由于重金屬污染的隱蔽性、滯后性、累積性等特點，容易經(jīng)食物鏈進入人體，危害人體健康，導致鎘米、血鉛等重金屬污染事件頻發(fā)。以重金屬鎘為例，長期食用鎘超標的稻米，會損害腎功能、使骨質(zhì)變得脆弱、致癌率提高。因此，面對我國重金屬污染的嚴峻形勢，開展重金屬污染修復技術(shù)研宄，具有非常迫切的現(xiàn)實需求和戰(zhàn)略意義。
[0003]常見的水體重金屬污染物處理方法主要有物理化學法(沉淀、絮凝、吸附等)及生態(tài)修復法。吸附法具有高效、節(jié)能、工藝簡便等特點，常用活性炭或離子交換樹脂等作為吸附材料，但這些材料價格較高、難以再生或回收利用。某些植物源吸附材料如稻殼、藻類等也被研宄用于吸附鉛、鎘、鉻等重金屬。芹菜原產(chǎn)于地中海沿岸的沼澤地帶，世界各國已普遍栽培。芹菜因其味淡、口感脆并且具有一定的醫(yī)用價值而深得人們的喜愛，但是，在食用過程中大量芹菜莖葉被人們遺棄。我們的研宄表明，芹菜莖葉是一種優(yōu)良的重金屬吸附劑，對鉛的吸附量可達100g/kg以上。因此，將芹菜莖葉用作重金屬的吸附材料，不僅可以用于環(huán)境污染的治理，而且為處理蔬菜加工剩余物提供了一條有效的途徑。
[0004]利用植物對重金屬的吸收富集作用，可將污染土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移到植物莖葉等組織中，從而達到降低土壤重金屬含量的目的。與其它修復技術(shù)相比較，植物修復技術(shù)處理成本低、操作簡單、技術(shù)門檻低、便于推廣，適合處理大面積土壤重金屬污染；更重要的是，該技術(shù)有望長久地將污染土壤中的重金屬含量降低到安全水平，從而根治土壤重金屬污染問題。因此，近年來植物修復技術(shù)已成為土壤重金屬污染修復研宄的熱點。研宄表明，芹菜具有吸收鉛等重金屬污染物的能力，并可以將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移到莖葉中(崔海麗，等.同濟大學學報(醫(yī)學版)，2006，27 (5)，17-20)。而且，與其它重金屬富集植物相比，芹菜的生物質(zhì)產(chǎn)量大，環(huán)境適應性強，被美國農(nóng)業(yè)部研宄人員認為是一種潛在的“重金屬超級清除者”。
[0005]總之，利用芹菜等植物源材料吸附或吸收水或土壤中的重金屬污染物具有良好的推廣應用前景。但是，如何處理吸附或吸收重金屬的植物殘體是一個亟待解決的問題，如果處置不當，植物材料將在環(huán)境中自行降解，重金屬污染物重新釋放回環(huán)境中，將導致嚴重的二次污染問題。因此，有必要采取合理有效的措施提高被芹菜莖葉等植物材料吸附或吸收的重金屬污染物的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩(wěn)定化處理的方法，該方法能夠有效穩(wěn)定植物材料中吸收或吸附的重金屬污染物。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):
[0008]一種對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩(wěn)定化處理的方法，包括:將吸附或吸收重金屬后的植物材料與穩(wěn)定劑混合均勻，在氮氣氛下熱解，得到能夠有效穩(wěn)定重金屬污染物的炭化物。該方法將植物吸附或吸收的重金屬離子轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的存在狀態(tài)，大幅度降低了可被植物吸收利用的重金屬的有效狀態(tài)含量。所述穩(wěn)定劑為磷酸或磷酸鹽。所述穩(wěn)定劑一方面可以在受熱條件下與重金屬離子反應形成穩(wěn)定的沉淀化合物，另一方面可以催化植物材料的熱解，降低熱解溫度，避免重金屬污染物的揮發(fā)。
[0009]進一步地，植物材料與穩(wěn)定劑的配比按照植物材料中所含重金屬與穩(wěn)定劑的質(zhì)量比為1:1?10進行混合，使得植物材料吸附或吸收的重金屬離子可以和穩(wěn)定劑充分反應。
[0010]進一步地，熱解前對混合均勻后的植物材料與穩(wěn)定劑進行加熱預反應一段時間，將游離態(tài)重金屬離子固定在植物材料中，并使穩(wěn)定劑充分滲透到植物材料中，以利于后續(xù)進行熱解處理。
[0011]進一步地，加熱預反應的溫度為30?90°C，時間為I?24小時。反應溫度低于30°C時穩(wěn)定劑不能充分滲透到植物材料中，效果不佳；高于90°C時反應趨于穩(wěn)定，太高的溫度會增加處理成本。該加熱預反應時間可以確保植物材料與穩(wěn)定劑充分反應，穩(wěn)定劑可以充分滲透到植物材料中，為下一步的熱解反應做好準備。
[0012]進一步地，加熱預反應的溫度為50?70°C，時間為3?12小時。
[0013]進一步地，在氮氣氛下熱解的溫度為300?600°C，時間為I?12小時。熱解溫度低于300°C時炭化不夠完全，溫度高于600°C則植物材料中的重金屬存在揮發(fā)的危險，且處理成本提高。
[0014]進一步地，在氮氣氛下熱解的溫度為350?400°C，時間為3?6小時。既保證了充分的熱解，又避免重金屬的揮發(fā)。
[0015]進一步地，所述磷酸鹽為具有一定水溶性的磷酸正鹽或磷酸氫鹽。
[0016]進一步地，所述磷酸氫鹽為磷酸二氫鹽。
[0017]進一步地，所述植物材料為芹菜莖葉。
[0018]一種對吸附或吸收重金屬后的芹菜莖葉進行穩(wěn)定化處理的方法，具體如下，包括:將吸附或吸收重金屬后的芹菜莖葉與穩(wěn)定劑按照芹菜莖葉中的重金屬與穩(wěn)定劑的質(zhì)量比為1:1?10的比例混合均勻，在30?90°C下加熱預反應I?24小時，再將處理后的芹菜在氮氣氛及300?600°C的溫度下熱解I?12小時，得到能夠有效穩(wěn)定重金屬污染物的炭化物。所述重金屬是指以鉛為代表的危害人體健康的重金屬污染物質(zhì)，包括但不限于鉛、鎘、銅、鎳、鉻等金屬元素的高價態(tài)離子。所述穩(wěn)定劑為磷酸或磷酸鹽，包括但不限于磷酸、磷酸正鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽。
[0019]由于芹菜莖葉具有較好的吸附重金屬污染物的特性，本發(fā)明主要對吸附或吸收重金屬后的芹菜莖葉進行穩(wěn)定化處理，采用本發(fā)明方法對芹菜莖葉進行穩(wěn)定化處理后，可以將可降解的芹菜莖葉轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的炭化物，利于重金屬污染物的長期穩(wěn)定，有效解決了吸附或吸收重金屬后的芹菜莖葉的后處理問題。芹菜莖葉等植物材料的基本化學組成均為纖維素、木質(zhì)素、半纖維素及多糖等生物大分子，在自然環(huán)境下容易降解，經(jīng)氮氣氛和磷酸鹽等穩(wěn)定劑催化熱解后可以得到難降解的炭化物。該炭化物可在土壤等自然環(huán)境中長期穩(wěn)定存在，從而有效封存其中的重金屬污染物。本發(fā)明方法同樣適用于芹菜莖葉以外的其他植物材料的穩(wěn)定化處理。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0021]本發(fā)明穩(wěn)定化處理方法先用穩(wěn)定劑預處理芹菜莖葉中吸附或吸收的重金屬，再在氮氣氛中熱解得到穩(wěn)定的炭化物，將重金屬離子轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的存在狀態(tài)，大幅度降低了可被作物吸收利用的重金屬有效狀態(tài)含量，重金屬污染物的穩(wěn)定化效果顯著。所使用的磷酸或磷酸鹽等穩(wěn)定劑不僅能夠?qū)⒅亟饘傥廴疚镛D(zhuǎn)化為穩(wěn)定狀態(tài)，而且可以降低芹菜莖葉的熱解溫度，提高穩(wěn)定化效果。由于植物材料的基本化學組成均為纖維素、木質(zhì)素、半纖維素、多糖等生物大分子，因此，該方法也可以用于其它吸收或吸附重金屬污染物的植物材料的穩(wěn)定化處理。
【附圖說明】
[0022]圖1為芹菜莖葉和木肩對鉛離子(Pb(II))的等溫吸附曲線。
[0023]圖2為本發(fā)明比較例及各實施例的炭化物樣品中的各個狀態(tài)的鉛含量分布圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0025]參考采用評價土壤中重金屬賦存狀態(tài)的Tessier五步連續(xù)提取法來評價處理前后芹菜莖葉中重金屬污染物的穩(wěn)定性，該方法將重金屬的狀態(tài)分為五個狀態(tài)。其中，第一態(tài)為可交換態(tài)，第二態(tài)為碳酸鹽結(jié)合態(tài)