碳?xì)饽z在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及碳?xì)饽z在重金屬污染±壤修復(fù)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)境污染領(lǐng)域中重金屬元素的概念和范圍并沒有嚴(yán)格的限制，通常是指具有顯著 生物毒性的元素，如鉛、儒、隸、銘、銅、鋒、神等，其中儒和銘是毒性較強(qiáng)的元素，也是最引人 注意的重金屬。
[0003] 自然界中的儒是一種稀有的分散元素，它主要W硫化儒、硫酸儒、硝酸儒、氯化儒、 乙酸儒、碳酸儒、半脫胺酸-儒絡(luò)合物的形式存在，不同形態(tài)的儒具有不同的毒性，其中硝 酸儒與氯化儒在水中的溶解性較好，因而對人類及動植物的毒性較高。水溶液中的儒離子 會根據(jù)抑值的變化形成Cd(0H) \Cd(0H)2、Cd(0H)3、Cd(0H)42形態(tài)的配離子。研究發(fā)現(xiàn)， 在抑值小于8的環(huán)境中CcT主要W游離態(tài)的Cd2+和少量Cd(OHr的形式存在，而在抑值 大于8的堿性環(huán)境中則WCd(OH)2沉淀的形式為主。儒在自然狀態(tài)下主要由火山活動和巖 石風(fēng)化等方式進(jìn)入人類的生活環(huán)境，含量一般很低，不會對人類造成危害，因此儒污染主要 來自于人類活動。常見的儒污染來源主要包括農(nóng)田里施用的污泥、化肥、石灰、農(nóng)藥和其它 含儒有機(jī)物廢物，其中憐肥對上壤儒的貢獻(xiàn)相對最高；金屬電鍛、印刷、涂料、塑料、陶器、電 池制造、有色金屬開采冶煉和其它與儒相關(guān)化合物工業(yè)所排放的廢水和廢氣。
[0004] 銘及其化合物在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是冶金工業(yè)、金屬加工電鍛、制 革、油漆、顏料、印染、制藥、照相制版等行業(yè)必不可少的原料。銘在天然±壤一水系統(tǒng)的 化-pH范圍內(nèi)常W六價銘化(VI)和S價銘化(III)兩種穩(wěn)定價態(tài)存在。S價銘的鹽類可 在中性或弱堿溶液中水解，生成不溶解于水的氨氧化銘而沉淀于水體形成底泥。因此自然 界的=價銘主要被吸附在固體物質(zhì)上面而存在于沉積物中。六價銘多溶于水中，主要W HCrO4和化042兩種形態(tài)存在，其化學(xué)活性大，毒性強(qiáng)，是造成地下水污染的主要污染物。在 工業(yè)廢水中，主要W六價銘的形態(tài)存在。六價銘只有在厭氧的情況下，才還原為=價銘，而 且=價銘毒性很低。因此六價銘還原為=價銘后被吸附或生成氨氧化銘沉淀是水溶液中去 除六價銘的重要途徑。
[0005] 銘的毒性主要來自六價銘，其被列為是對人體危害最大的八種化學(xué)物質(zhì)之一，是 國際公認(rèn)的S種致癌金屬物之一，同時也是美國EPA公認(rèn)的129種重點污染物之一。"銘的 健康、安全與環(huán)境指南"指出：對職業(yè)健康最有影響的是六價銘化合物。暴露在運(yùn)些化合物 中的人，有可能引起急性病，如肝損傷，皮膚刺激、潰瘍和過敏，鼻刺激、潰瘍和鼻中隔穿孔， 呼吸過敏。最嚴(yán)重的健康問題是呼吸癌。流行病學(xué)研究證實：長期暴露在高濃度六價銘中 (如老舊的銘鹽廠、銘酸鹽顏料廠和使用銘酸的電鍛廠），可使呼吸癌發(fā)病率大大提高，且 呼吸癌潛伏期超過15年。據(jù)報道共有104種職業(yè)存在著潛在的接觸銘的機(jī)會。由于銘的 應(yīng)用非常廣泛，因此很難確定銘的職業(yè)接觸量到底有多少，但是，職業(yè)接觸銘肯定是引發(fā)癌 癥的主要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種碳?xì)饽z在重金屬污染±壤修復(fù)中的應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明的實現(xiàn)過程如下： 碳?xì)饽z在重金屬污染±壤修復(fù)中的應(yīng)用，具體應(yīng)用時，將碳?xì)饽z分散于水中配成 懸濁液。
[0008] 上述的碳?xì)饽z制備方法為：在密閉容器中，將水溶性糖類化合物和水溶性高分 子溶于水，在140~300°C反應(yīng)后得到碳?xì)饽z，水溶性糖類化合物和水溶性高分子的質(zhì) 量比為1 :1~1 :〇. 05,水溶性糖類化合物和水的質(zhì)量比為1:5~1:0. 5,反應(yīng)溫度優(yōu)選為 160 ~230°C。
[0009] 上述的水溶性糖類選自單糖、二糖、多糖，具體選自葡萄糖、果糖、薦糖、麥芽糖、乳 糖、可溶性淀粉。
[0010] 上述的水溶性高分子選自聚乙締化咯燒酬、聚丙締酸鋼、聚丙締酷胺。
[0011] 上述反應(yīng)體系中加入有機(jī)酸，選自甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸，其中，糖類和有機(jī)酸 的質(zhì)量比為1:4~1:0. 5。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明制備的碳?xì)饽z對±壤中的重金屬儒、銘具有顯著的吸附 效果，施于±壤中可W達(dá)到修復(fù)±壤的目的。本發(fā)明制備碳?xì)饽z的工藝簡單、成本低廉， 適于工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施例1制備的碳?xì)饽z照片； 圖2為實施例1制備的碳?xì)饽z的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[001引實施例1 將Ig葡萄糖和Ig聚乙締化咯燒酬（K30)溶于ImL水和2mL冰乙酸中，將混合液轉(zhuǎn)移 至密閉反應(yīng)蓋中，在200°C下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后得到柱狀碳?xì)饽z見圖1，碳?xì)饽z的 透射電鏡照片見圖2,從圖中可W看出碳顆粒的尺寸約為30皿。
[001引實施例2 將5. 5g薦糖和0. 5g聚丙締酷胺（Mw:2000000~14000000)溶于20mL水中，加入6mL甲酸，將混合液轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng)蓋中，在200°C下反應(yīng)5小時，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀碳?xì)?凝膠。
[0017] 實施例3 將5g果糖和0. 6g聚乙締化咯燒酬（K30)溶于15mL水中，將混合液轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng) 蓋中，在140°C下反應(yīng)16小時，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀碳?xì)饽z。
[0018] 實施例4 將7g麥芽糖和3g聚丙締酸鋼（Mw:5000000~7000000)溶于25血水中，再加入7g乙二酸，將混合液轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng)蓋中，在300°C下反應(yīng)5小時，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀碳 氣凝膠。
[001引實施例5 將Ig乳糖和0. 05g水解聚丙酷胺溶于5mL水中，再加入4mL丙酸，將混合液轉(zhuǎn)移至 密閉反應(yīng)蓋中，在160°C下反應(yīng)10小時，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀碳?xì)饽z。
[0020] 實施例6 將5g可溶性淀粉和0. 7g聚乙締化咯燒酬（K30)溶于15血水中，再加入6血冰乙酸， 將混合液轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng)蓋中，在200°C下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀碳?xì)饽z。 [0021] 實施例7 將6g葡萄糖和0. 7g聚乙締化咯燒酬（K30)溶于20血水中，再加入5血冰乙酸，將混 合液轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng)蓋中，在230°C下反應(yīng)7小時，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀碳?xì)饽z。
[002引 實施例8 將6g葡萄糖和0. 5g聚乙締化咯燒酬（K30)溶于10血水中，再加入5血冰乙酸，將混 合液轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng)蓋中，在200°C下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀碳?xì)饽z。
[0023] 實施例9糖類水熱炭化法制備碳材料 將6g葡萄糖溶于lOmL水中，再加入5mL冰乙酸，將混合液轉(zhuǎn)移至密閉反應(yīng)蓋中，在 200°C下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后得到黑色碳顆粒。
[0024] 實施例10吸附水中重金屬離子實驗 (1)水中重金屬銘離子吸附實驗 含銘離子的溶液配制：稱取干燥的重銘酸鐘0(2化2〇7,優(yōu)級純）2. 829 + 0.OOOlg轉(zhuǎn)移 至lOOOmL容量瓶中，加入0. 067mol鹽酸，定容，配得銘溶液（lOOOmg/L)。
[0025] 在含銘離子的溶液（1000mg/L)中加入實施例1至9所制備的碳材料，調(diào)節(jié)抑為 1，在恒溫振蕩器上震20小時，反應(yīng)結(jié)束后，取上清液，加入顯色劑，測吸光度，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn) 曲線計算碳?xì)饽z的吸附容量和去除率。
[0026] 表1為實施例1至9制備的碳材料對銘離子的吸附容量和去除率數(shù)據(jù)表
從上述結(jié)果可知，葡萄糖水熱炭化生成的碳材料的吸附容量為50mg/g，而本發(fā)明方法 制備的碳?xì)饽z對重金屬銘離子的吸附容量在285~298mg/g之間，效果很好。
[0027] (2)水中重金屬儒離子吸附實驗 在含儒離子溶液（500mg/L)中加入實施例1至9所制備的碳材料，用0. 1mol/L的肥1 和0. 1mol/L的化0H調(diào)節(jié)該溶液抑值為4,在恒溫振蕩器上震20小時，反應(yīng)結(jié)束后，取上 清液，用原子吸收光譜法測定濾液中CcT的濃度。
[0028] 表2為實施例1至9制備的碳材料對儒離子的吸附容量和去除率數(shù)據(jù)表
從上述結(jié)果可知，相比于葡萄糖水熱炭化得到的碳材料，本發(fā)明方法制備的碳?xì)饽z 對重金屬儒離子的吸附容量在66~75mg/g之間，吸附效果明顯。
[002引 實施例11 將實施例1制備的碳?xì)饽z按照0. 3%的添加量與陜西商洛某地銘離子污染的±壤按 照比例混合拌勻，W未添加碳?xì)饽z的銘污染的±壤作為對照組，在兩塊±地上種植小白 菜，在小白菜生長60天后收獲，收獲前測定植株株高，收獲后處理樣品，測定小白菜地上部 分干重和根部的銘含量。
[0030] 表3 ±壤的理化性質(zhì)
從上表可W看出，未添加碳?xì)饽z的銘污染±壤上種植的小白菜植株較低，且地上部 分平均干重比添加碳?xì)饽z的銘污染上壤收獲的小白菜輕，添加碳?xì)饽z后小白菜根部富 集銘的含量為0. 5mg/kg，而對照田中小白菜根部富集銘的含量為10. 3mg/kg，可見，碳?xì)饽?膠可W有效吸附±壤中銘離子，達(dá)到修復(fù)±壤的目的。
【主權(quán)項】
1. 碳?xì)饽z在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用，其特征在于：所述重金屬為鉻和/或鎘離子。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用，其特征在于：將碳?xì)饽z分散于水中配成懸濁液。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用，其特征在于所述的碳?xì)饽z制備方法為：在密閉容器中， 將水溶性糖類化合物和水溶性高分子溶于水，在140~300°C反應(yīng)后得到碳?xì)饽z，水溶性 糖類化合物和水溶性高分子的質(zhì)量比為1 :1~1 :〇. 05,水溶性糖類化合物和水的質(zhì)量比為 1:5 ~1:0? 5〇5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述應(yīng)用，其特征在于：所述的水溶性糖類選自單糖、二糖、多糖。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述應(yīng)用，其特征在于：所述的水溶性糖類選自葡萄糖、果糖、蔗糖、 麥芽糖、乳糖、可溶性淀粉。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述應(yīng)用，其特征在于：所述的水溶性高分子選自聚乙烯吡咯烷酮、 聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述應(yīng)用，其特征在于：反應(yīng)體系中加入有機(jī)酸，其中，糖類和有機(jī) 酸的質(zhì)量比為1:4~1:0. 5。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述應(yīng)用，其特征在于：所述的有機(jī)酸選自甲酸、乙酸、丙酸、乙二 酸。10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述應(yīng)用，其特征在于：反應(yīng)溫度為160~230°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了碳?xì)饽z在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用。本發(fā)明在密閉容器中，將水溶性糖類化合物和水溶性高分子溶于水，在140～300℃反應(yīng)后，經(jīng)干燥得到碳?xì)饽z。本發(fā)明制備的碳?xì)饽z對土壤中的重金屬鎘、鉻具有顯著的吸附效果，從而達(dá)到土壤修復(fù)的目的。本發(fā)明制備碳?xì)饽z的工藝簡單、成本低廉，適于工業(yè)生產(chǎn)。
【IPC分類】B09C1/00
【公開號】CN105013809
【申請?zhí)枴緾N201510299287
【發(fā)明人】黨桃桃, 耿艷敏
【申請人】西安博納材料科技有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月3日