• / 8
  • 下載費用:30 金幣  

维戈塞尔塔vs皇家社会前瞻: 對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法.pdf

關 鍵 詞:
吸附 吸收 重金屬 植物 進行 穩定 處理 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
摘要
申請專利號:

CN201510260010.3

申請日:

2015.05.20

公開號:

CN104841685A

公開日:

2015.08.19

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B09B 3/00申請日:20150520|||公開
IPC分類號: B09B3/00 主分類號: B09B3/00
申請人: 紹興文理學院
發明人: 呂金紅; 李賽君; 李建法; 李益民; 施玲娜; 郭璇
地址: 312000浙江省紹興市環城西路508號
優先權:
專利代理機構: 杭州裕陽專利事務所(普通合伙)33221 代理人: 應圣義
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510260010.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.08.29|||2015.09.16|||2015.08.19

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,包括:將吸附或吸收重金屬后的植物材料與穩定劑混合均勻,在氮氣氛下熱解,得到能夠有效穩定重金屬污染物的炭化物,所述穩定劑為磷酸或磷酸鹽。本發明穩定化處理方法先用穩定劑預處理植物材料中吸附或吸收的重金屬,再在氮氣氛中熱解得到穩定的炭化物,將重金屬離子轉化為更穩定的存在狀態,大幅度降低了可被作物吸收利用的重金屬有效狀態含量,重金屬污染物的穩定化效果顯著。

權利要求書

權利要求書
1.  一種對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,包括:將吸附或吸收重金屬后的植物材料與穩定劑混合均勻,在氮氣氛下熱解,得到炭化物,所述穩定劑為磷酸或磷酸鹽。

2.  如權利要求1所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,植物材料與穩定劑的配比按照植物材料中所含重金屬與穩定劑的質量比為1:1~10進行混合。

3.  如權利要求1所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,熱解前對混合均勻后的植物材料與穩定劑進行加熱預反應。

4.  如權利要求3所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,加熱預反應的溫度為30~90℃,時間為1~24小時。

5.  如權利要求4所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,加熱預反應的溫度為50~70℃,時間為3~12小時。

6.  如權利要求1或3所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,在氮氣氛下熱解的溫度為300~600℃,時間為1~12小時。

7.  如權利要求6所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,在氮氣氛下熱解的溫度為350~400℃,時間為3~6小時。

8.  如權利要求1所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,所述磷酸鹽為水溶性的磷酸正鹽或磷酸氫鹽。

9.  如權利要求8所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,其特征在于,所述磷酸氫鹽為磷酸二氫鹽。

10.  如權利要求1所述的對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方 法,其特征在于,所述植物材料為芹菜莖葉。

說明書

說明書對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法
技術領域
本發明涉及重金屬污染物處理技術領域,尤其涉及一種對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法。
背景技術
如今,由于工業、農業、城市生活、環境事故而產生的大量重金屬污染物被排放到水體或土壤中,并在環境介質中積累,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。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研究,具有非常迫切的現實需求和戰略意義。
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)及生態修復法。吸附法具有高效、節能、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、藻類等也被研究用于吸附鉛、鎘、鉻等重金屬。芹菜原產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。我們的研究表明,芹菜莖葉是一種優良的重金屬吸附劑,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。
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。與其它修復技術相比較,植物修復技術處理成本低、操作簡單、技術門檻低、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已成為土壤重金屬污染修復研究的熱點。研究表明,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移到莖葉中(崔海麗,等.同濟大學學報(醫學版),2006,27(5),17-20)。而且,與其它重金屬富集植物相比,芹菜的生物質產量大,環境適應性強,被美國農業部研究人員認為是一種潛在的“重金屬超級清除者”。
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,植物材料將在環境中自行降解,重金屬污染物重新釋放回環境中,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定性。
發明內容
本發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定化處理的方法,該方法能夠有效穩定植物材料中吸收或吸附的重金屬污染物。
為了達到上述目的,本發明通過以下技術方案得以實現:
一種對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法,包括:將吸附或吸收重金屬后的植物材料與穩定劑混合均勻,在氮氣氛下熱解,得到能夠有效穩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化為更穩定的存在狀態,大幅度降低了可被植物吸收利用的重金屬的有效狀態含量。所述穩定劑為磷酸或磷酸鹽。所述穩定劑一方面可以在受熱條件 下與重金屬離子反應形成穩定的沉淀化合物,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。
進一步地,植物材料與穩定劑的配比按照植物材料中所含重金屬與穩定劑的質量比為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定劑充分反應。
進一步地,熱解前對混合均勻后的植物材料與穩定劑進行加熱預反應一段時間,將游離態重金屬離子固定在植物材料中,并使穩定劑充分滲透到植物材料中,以利于后續進行熱解處理。
進一步地,加熱預反應的溫度為30~90℃,時間為1~24小時。反應溫度低于30℃時穩定劑不能充分滲透到植物材料中,效果不佳;高于90℃時反應趨于穩定,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定劑充分反應,穩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。
進一步地,加熱預反應的溫度為50~70℃,時間為3~12小時。
進一步地,在氮氣氛下熱解的溫度為300~600℃,時間為1~12小時。熱解溫度低于300℃時炭化不夠完全,溫度高于600℃則植物材料中的重金屬存在揮發的危險,且處理成本提高。
進一步地,在氮氣氛下熱解的溫度為350~400℃,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。
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。
進一步地,所述磷酸氫鹽為磷酸二氫鹽。
進一步地,所述植物材料為芹菜莖葉。
一種對吸附或吸收重金屬后的芹菜莖葉進行穩定化處理的方法,具體如 下,包括:將吸附或吸收重金屬后的芹菜莖葉與穩定劑按照芹菜莖葉中的重金屬與穩定劑的質量比為1:1~10的比例混合均勻,在30~90℃下加熱預反應1~24小時,再將處理后的芹菜在氮氣氛及300~600℃的溫度下熱解1~12小時,得到能夠有效穩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,包括但不限于鉛、鎘、銅、鎳、鉻等金屬元素的高價態離子。所述穩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。
由于芹菜莖葉具有較好的吸附重金屬污染物的特性,本發明主要對吸附或吸收重金屬后的芹菜莖葉進行穩定化處理,采用本發明方法對芹菜莖葉進行穩定化處理后,可以將可降解的芹菜莖葉轉化為穩定的炭化物,利于重金屬污染物的長期穩定,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、木質素、半纖維素及多糖等生物大分子,在自然環境下容易降解,經氮氣氛和磷酸鹽等穩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境中長期穩定存在,從而有效封存其中的重金屬污染物。本發明方法同樣適用于芹菜莖葉以外的其他植物材料的穩定化處理。
與現有技術相比,本發明技術方案具有以下優點:
本發明穩定化處理方法先用穩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定的炭化物,將重金屬離子轉化為更穩定的存在狀態,大幅度降低了可被作物吸收利用的重金屬有效狀態含量,重金屬污染物的穩定化效果顯著。所使用的磷酸或磷酸鹽等穩定劑不僅能夠將重金屬污染物轉化為穩定狀態,而且可以降低芹菜莖葉的熱解溫度,提高穩定化效果。由于植物材料的基本化學組成均為纖維素、木質素、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定化處理。
附圖說明
圖1為芹菜莖葉和木屑對鉛離子(Pb(II))的等溫吸附曲線。
圖2為本發明比較例及各實施例的炭化物樣品中的各個狀態的鉛含量分布圖。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
參考采用評價土壤中重金屬賦存狀態的Tessier五步連續提取法來評價處理前后芹菜莖葉中重金屬污染物的穩定性,該方法將重金屬的狀態分為五個狀態。其中,第一態為可交換態,第二態為碳酸鹽結合態,第三態為鐵錳氧化物結合態,這三種狀態下的重金屬在環境pH下降或厭氧環境中可轉化為游離態,進而被農作物吸收進入食物鏈,可被認為是污染可能性較大的有效狀態;第四態為強酸性(pH=2)條件下提取,第五態為殘留態,這兩種狀態下的重金屬在常規自然環境中難以轉化為游離態,可被認為是污染潛力較小的穩定狀態。
比較例1
步驟一:將1份(40g)干燥粉碎后的芹菜莖葉與6000mL含鉛100ppm的溶液混合,攪拌3小時,過濾后干燥得到吸附鉛的芹菜原料,測定其中的重金屬含量。前期研究表明,芹菜莖葉對重金屬有較強的吸附能力(見圖1)。
步驟二:將上述芹菜原料直接在350℃、氮氣氛下熱解4小時,得到炭化物。
步驟三:采用Tessier五步連續提取法提取分析各個狀態的重金屬含量,具體步驟如下:將步驟二得到的炭化物樣品1g放入50mL離心管中, 第一步加入8mL濃度為1mol/L的MgCl2(用NaOH調節pH=7.0)溶液,室溫下振蕩1小時,過濾得到濾液1。第二步在第一步的過濾殘渣中加入8mL濃度為1mol/L的NaOAc(用HOAc調節pH=5.0)溶液,室溫下超聲振蕩30分鐘,過濾得到濾液2。第三步在第二步的過濾殘渣中加入20mL濃度為0.04mol/L的NH2OH·HCl(溶劑為25%(V/V)HOAc)溶液,96±3℃下反應1小時,超聲振蕩30分鐘,過濾得到濾液3。第四步在第三步的過濾殘渣中依次加入3mL濃度為0.02mol/L的HNO3溶液、5mL濃度為30%的H2O2(用HNO3調節pH=2)溶液,85±2℃下反應30分鐘,超聲振蕩30分鐘,再加3mL濃度為30%的H2O2(pH=2)溶液,85±2℃振蕩1.5小時,超聲振蕩30分鐘,冷卻后加5mL濃度為3.2mol/L的NH4OAc(溶劑20%(V/V)HNO3)溶液,再將溶液稀釋到20mL,室溫下劇烈振蕩30分鐘,超聲振蕩30分鐘,過濾得到濾液4。第五步在第四步的過濾殘渣中加入HNO3進行消解。消解后加50mL濃度為1%的HNO3水溶液,24小時后取清液5。將第四步和第五步提取的重金屬含量作為穩定態計算。采用原子吸收分光光度法測定1-5號液體樣品中的鉛含量,再根據取樣質量計算出炭化物樣品中重金屬各有效狀態(第一態、第二態、第三態)和穩定狀態(第四態加上第五態)的含量。
實施例1
按照比較例1中步驟一的方法制備1份吸附鉛的芹菜原料,測定其中的重金屬含量,按所含重金屬與磷酸鹽(磷酸二氫鈉)的質量比為1:2,將芹菜原料與磷酸鹽水溶液混合,70℃下加熱預反應5小時。將處理后的芹菜原料在350℃氮氣氛中熱解4小時,得到炭化物。按照比較例1中步驟三的方法提取分析樣品中各個狀態的重金屬含量。
實施例2
按照比較例1中步驟一的方法制備1份吸附鉛的芹菜原料,測定其中的重金屬含量,按所含重金屬與磷酸鹽(磷酸二氫鈉)的質量比為1:4,將芹菜原料與磷酸鹽水溶液混合,70℃下加熱預反應5小時。將處理后的芹菜原料在350℃氮氣氛中熱解4小時,得到炭化物。按照比較例1中步驟三的方法提取分析樣品中各個狀態的重金屬含量。
實施例3
按照比較例1中步驟一的方法制備1份吸附鉛的芹菜原料,測定其中的重金屬含量,按所含重金屬與磷酸的質量比為1:2,將芹菜原料與磷酸的水溶液(或水懸浮液)混合,然后在60℃下加熱預反應12小時。將處理后的芹菜原料在400℃、氮氣氛中熱解3小時,得到炭化物。按照比較例1中步驟三的方法提取分析樣品中各個狀態的重金屬含量。
實施例4
將1份(25g)干燥粉碎后的木屑與6000mL含鉛100ppm的溶液混合,攪拌3小時,過濾后干燥得到吸附鉛的木屑原料。測定木屑中的重金屬含量,按照木屑所含重金屬與磷酸鹽的質量比為1:2,將木屑原料與磷酸鹽水溶液混合,70℃下加熱預反應5小時,將處理后的木屑原料在350℃氮氣氛中熱解4小時,得到炭化物。按照比較例1中步驟三的方法提取分析樣品中各個狀態的重金屬含量。
根據上述比較例及實施例的檢測結果繪制圖2,從圖2可以看出,吸附重金屬的芹菜莖葉經本發明的穩定化處理后,重金屬的穩定狀態含量顯著提高,可以間接或直接被農作物利用的狀態的含量明顯減少。尤其是其中采用磷酸鹽為穩定劑的方案中,穩定狀態的重金屬含量高達95%以上,參見實施例1及實施例2。說明本發明所述方法對穩定化處理芹菜莖葉中的重金屬污染物具有顯著效果。
以木屑為植物材料吸附重金屬后再經穩定化處理的結果表明,該方法也適用于其它吸附或吸收重金屬污染物的植物材料的穩定化后處理。
總之,以上所述僅為本發明的較佳實施例,凡依本發明申請專利范圍所作的均等變化與修飾,皆應屬本發明專利的涵蓋范圍。

關于本文
本文標題:對吸附或吸收重金屬后的植物進行穩定化處理的方法.pdf
鏈接地址://www.vmyqew.com.cn/p-5229797.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 www.vmyqew.com.cn網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開