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一種修復重金屬污染土壤的方法

文檔序號:4852623閱讀:322來源:國知局
一種修復重金屬污染土壤的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種修復重金屬污染土壤的方法,其方法為:使用丙烯酸改性殼聚糖作為修復劑,將污染的土壤置于修復劑水溶液中進行攪拌洗脫,或?qū)⑿迯蛣┧芤褐惺┓诺酱乃镏羞M行犁田耙田進而將重金屬從污染的土壤中轉(zhuǎn)移到洗脫液中,實現(xiàn)重金屬(Pb,Cr,Cu)污染土壤的修復。修復劑丙烯酸改性殼聚糖是殼聚糖和丙烯酸通過Michael反應制得,具有環(huán)保,無毒無害,可生物降解,無二次污染,原料來源豐富等優(yōu)點。該修復劑對重金屬污染的土壤修復效果好,修復后土壤的重金屬含量達到農(nóng)田土地一級標準。本方法采用的殼聚糖衍生物修復劑,綠色環(huán)保,水溶性好,對重金屬的螯合能力強。
【專利說明】一種修復重金屬污染土壤的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)境友好且低成本的修復重金屬污染土壤的方法,具體涉及一種修復重金屬污染土壤的方法。
【背景技術】
[0002]農(nóng)田土壤受到重金屬污染后,會影響植物生長狀況,植物整體長勢變差,根系發(fā)育不良,地上部生長矮小,葉片失色變形,果實畸形,最終農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量下降,品質(zhì)不斷下降。而且鉛、錳、銅、汞、鎘等重金屬通過食物鏈進入人體同樣很難移除,其在人體內(nèi)代謝周期很長,對人的健康損害巨大,主要聚集在人體各大器官,破壞正常生理代謝,低劑量的這些污染物就能夠使機體代謝發(fā)生紊亂,誘發(fā)疾病,甚至死亡。因此,對重金屬污染的土壤進行治理和修復是環(huán)境保護領域中需要解決的重要問題之一。
[0003]目前,對土壤重金屬修復技術主要集中在物理修復、生物技術、化學修復等,而物理修復能耗大,處理過程復雜;生物修復局限性在于修復速度慢、受環(huán)境條件限制,修復質(zhì)量難以保證;傳統(tǒng)的化學穩(wěn)定劑沉淀修復技術則會引起二次污染。相比較,采用殼聚糖及其衍生物對重金屬進行吸附去除具有綠色環(huán)保、原料來源廣泛、操作簡單、修復效率高等優(yōu)點,是一種經(jīng)濟可行的綠色修復技術。對于農(nóng)用水耕地(如水稻地),建議可利用春季或夏季耕種犁田和耙田(或松土)之時在水中撒修復劑,將重金屬從土壤轉(zhuǎn)移到水中流走,實現(xiàn)低成本的重金屬污染土壤的修復。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種修復重金屬污染土壤的方法,本方法采用丙烯酸改性殼聚糖作為修復劑,將污染的土壤置于修復劑水溶液中攪拌洗脫;或者將修復劑水溶液放入待耕的水田中進行犁田耙田,使重金屬轉(zhuǎn)移水溶液中,然后排放,實現(xiàn)污染土壤的經(jīng)濟性修復。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案所實現(xiàn)的:
(1)選取重金屬污染嚴重的農(nóng)用區(qū)土壤;
(2)選用的修復劑為丙烯酸改性殼聚糖;
(3)將3~IOg土壤置于濃度為0.2%wt ^l%wt 10(T200ml修復劑水溶液中攪拌0.5~8h,洗脫;或?qū)⑿迯蛣?~15kg溶于50(T1000L的水中施放到I畝待耕的水田中進行犁田耙田,
實現(xiàn)重金屬土壤的修復。
[0006]上述方法中,所述的土壤為珠三角(廣州,佛山,東莞,江門)農(nóng)田土壤,所述土壤的采集地方附近的500 ^lOOO m的地方均有工業(yè)區(qū)或大型工廠;所述大型工廠包括電池廠、皮革廠和電鍍廠中的一種或以上。
[0007]上述方法中,當選用將土壤置于修復劑水溶液中攪拌洗脫的方法時,所述土壤的采樣方法為:垂直采取耕作層0-15 cm的土壤,采用梅花形五點采樣法,以取樣點為中心,半徑約20-50 cm范圍內(nèi)共取五個樣,并混合均勻。
[0008]上述方法中,所述的修復劑丙烯酸改性殼聚糖是殼聚糖和丙烯酸通過Michael反應制得,具有環(huán)保,無毒無害,可生物降解,原料來源豐富等優(yōu)點。
[0009]上述方法中,所述土壤處理前后的樣品經(jīng)粉碎,過100目篩子,120°C下烘干除去水分,使用全分解法消解,然后用ICP-AES儀測定重金屬的含量。
[0010]上述方法中,所述的修復方法環(huán)保可行,修復劑水溶性高,分離方便,可隨著降雨和澆灌過程流走,脫離土壤;修復效率高,對重金屬Pb,Cr,Cu的去除率最高分別為93%,79%和65%,修復后土壤的重金屬含量達到農(nóng)用土地一級標準。
[0011]與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、修復劑原料來源廣泛,性質(zhì)獨特。殼聚糖來源于甲殼素,地球上每年甲殼素的生物合成量為數(shù)十億噸,其中海洋生物的生成量在10億噸以上,可以說是一種用之不竭的生物資源,是產(chǎn)量僅次于纖維素的天然高分子化合物。殼聚糖具有獨特的理化性質(zhì)和生物活性,無毒無害,在自然狀態(tài)下,受到放線菌作用,逐步降解,是典型的環(huán)保材料,不會造成二次污染,對重金屬的絡合作用較強,成為了近年來研究吸附重金屬的熱點。
[0012]2、修復劑制備過程環(huán)保。和常用的EDTA、EGTA、聚丙烯酸等螯合材料高污染、高能耗、高危害的合成過程相比,前者的制備過程僅以水為介質(zhì),相對環(huán)保。
[0013]3、修復劑的選擇性高。國內(nèi)外較多地所用EDTA作為化學修復劑,EDTA能與大多數(shù)金屬離子形成穩(wěn)定的絡合物,但是由于土壤中固有的Al、Fe、Mg、Ca和K等輕金屬含量遠遠高于重金屬。所以,EDTA容易降低土壤中的其他金屬含量,導致減低土壤肥力而貧瘠化。而殼聚糖及其水溶性改性產(chǎn)物對重金屬的螯合吸附具有良好的選擇性,在多種金屬存在時,存在明顯的重金屬優(yōu)先吸附行為,其機理可能是出于重金屬的電子層和亞層較多,原子內(nèi)部有大量空軌道,容易形成配位鍵。
[0014]4、應用創(chuàng)新。使用殼聚糖及其改性產(chǎn)物來降解土壤中重金屬的實際操作,本發(fā)明通過研究直接驗證了丙烯酸改性殼聚糖對重金屬的修復能力。且本發(fā)明所述的修復方法可以改良土壤,促進植物生長、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)等能力。因此,殼聚糖改性物具有修復土壤重金屬和促進植物生長的雙重作用。
[0015]5、修復效果好。對土壤中重金屬Pb,Cr,Cu的去除率最高分別為93%,79%和65%,修復后土壤的重金屬含量達到農(nóng)田土壤一級標準。
[0016]6、修復比較經(jīng)濟。對于水稻田或水耕田,可利用種植前翻耕犁田和耙田之時在水中施放修復劑,無需專門的處理即可實現(xiàn)土壤的經(jīng)濟修復。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
[0018]丙烯酸改性殼聚糖合成步驟如下:將20g殼聚糖加入到14 mL丙烯酸與1000 mL蒸餾水配的溶液中,攪拌溶解。75 °C下攪拌反應I d,然后用I mol/L的氫氧化鈉溶液浸泡,調(diào)節(jié)溶液至pH=l(Tl2,透析(截留分子量為12000 g/mol)2 d。凍干后即為丙烯酸改性殼聚糖產(chǎn)物,其質(zhì)量為22 g,產(chǎn)物在pH=f 13范圍內(nèi)的水溶性均良好。
[0019]后面的實施例所述的修復劑是按上述方法合成的。
[0020]實施例1
佛山市某工業(yè)區(qū)附近的農(nóng)田土壤,樣品主要存在Pb,Cr, Cu等多種重金屬污染,含量較高。取土壤3.00 g,至于IOOml 0.5%wt丙烯酸改性殼聚糖修復劑水溶液中,連續(xù)攪拌8 h,靜置,過濾。用全分解法測定土壤處理前后的三種重金屬Pb,Cr,Cu的含量,處理前Pb、Cr、Cu的含量分別為504,213,80.1 mg/kg,處理后的含量分別為34.1,78.1,33.5 mg/kg,均低于農(nóng)田土壤允許Pb,Cr,Cu含量一級標準的高限值(GB15618-1995) 35,90,35 mg/kg。
[0021]實施例2
廣州市某皮革廠附近的農(nóng)田土壤,樣品主要存在Pb,Cr, Cu等多種重金屬污染,含量較高。取土壤10.00 g,至于200ml l%wt丙烯酸改性殼聚糖修復劑水溶液中,連續(xù)攪拌0.5h,靜置,過濾。用全分解法測定土壤處理前后的三種重金屬Pb,Cr, Cu的含量,處理前Pb、Cr、Cu的含量分別為214,413,78.1 mg/kg,處理后的含量分別為21.5,89.2,31.5 mg/kg,均低于農(nóng)田土壤允許Pb,Cr,Cu含量一級標準的高限值(GB15618-1995) 35,90,35 mg/kg。
[0022]實施例3
東莞市某電鍍廠附近的農(nóng)田土壤,樣品主要存在Pb,Cr, Cu等多種重金屬污染,含量較高。取土壤6.00 g,至于150ml 0.2%wt丙烯酸改性殼聚糖修復劑水溶液中,連續(xù)攪拌3 h,靜置,過濾。用全分解法測定土壤處理前后的三種重金屬Pb,Cr,Cu的含量,處理前Pb、Cr、Cu的含量分別為257,433,108 mg/kg,處理后的含量分別為31.8,88.7,34.9 mg/kg,均低于農(nóng)田土壤允許Pb,Cr,Cu含量一級標準的高限值(GB15618-1995) 35,90,35 mg/kg。
[0023]實施例4
江門市某電池廠附近的農(nóng)田土壤,樣品主要存在Pb,Cr, Cu等多種重金屬污染,含量較高。取土壤8.00 g,至于IOOml 0.5%wt丙烯酸改性殼聚糖修復劑水溶液中,連續(xù)攪拌5 h,靜置,過濾。用全分解法測定土壤處理前后的三種重金屬Pb,Cr,Cu的含量,處理前Pb、Cr、Cu的含量分別為536,213,68.3 mg/kg,處理后的含量分別為34.9,62.3,23.9 mg/kg,均低于農(nóng)田土壤允許Pb,Cr,Cu含量一級標準的高限值(GB15618-1995) 35,90,35 mg/kg。
[0024]實施例5
佛山市某工業(yè)區(qū)附近的水稻地,在春季耕種犁田和耙田之時將IOkg修復劑溶于1000L水后均勻施放到I畝待耕的水田中進行犁田耙田。用全分解法測定土壤處理前后的三種重金屬Pb,Cr,Cu的含量,處理前Pb、Cr、Cu的含量分別為354,213,78.1 mg/kg,處理后的含量分別為33.9,87.1, 29.2 mg/kg,均低于農(nóng)田土壤允許Pb,Cr,Cu含量一級標準的高限值(GB15618-1995)35,90,35 mg/kg。
[0025]上述具體實施例對本發(fā)明做進一步地描述,但具體實施例并不對本發(fā)明做任何限定。
【權利要求】
1.一種修復重金屬污染土壤的方法,其特征在于,具體方法為: (1)選取重金屬污染嚴重的農(nóng)用區(qū)土壤; (2)選用的修復劑為丙烯酸改性殼聚糖; (3)將3~10g土壤置于濃度為0.2%wt ^l%wt 10(T200ml修復劑水溶液中攪拌洗脫,或?qū)⑿迯蛣?~15kg溶于50(T1000L的水中施放到I畝待耕的水田中進行犁田耙田,實現(xiàn)重金屬土壤的修復。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種修復重金屬污染土壤的方法,其特征在于,所述的土壤為珠三角農(nóng)田土壤,所述土壤的采集地方附近的500~1000 m的地方均有工業(yè)區(qū)或大型工廠;所述大型工廠包括電池廠、皮革廠和電鍍廠中的一種或以上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種修復重金屬污染土壤的方法,其特征在于,當選用將土壤置于修復劑水溶液中攪拌洗脫的方法時,所述土壤的采樣方法為:垂直采取耕作層0-15cm的土壤,采用梅花形五點采樣法,以取樣點為中心,半徑約20-50 cm范圍內(nèi)共取五個樣,并混合均勻。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種修復重金屬污染土壤的方法,其特征在于,所述的修復劑丙烯酸改性殼聚糖是殼聚糖和丙烯酸通過Michael反應制得。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種修復重金屬污染土壤的方法,其特征在于,所述攪拌的攪拌時間為0.5~8h。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種修復重金屬污染土壤的方法,其特征在于,所述土壤處理前后的樣品經(jīng)粉碎,過100目篩子,120°C下烘干除去水分,使用全分解法消解,然后用ICP-AES儀測定重金屬的含量。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種修復重金屬污染土壤的方法,其特征在于,所述方法對重金屬Pb,Cr,Cu的去除率最高分別為93%,79%和65%,修復后土壤的重金屬含量達到農(nóng)用土地一級標準。
【文檔編號】B09C1/08GK103894404SQ201410080088
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權日:2014年3月6日
【發(fā)明者】葛華才, 武娜娜, 葉銘添, 鄭敏姍, 周焯斌, 黎曉陽 申請人:華南理工大學
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