公布日：2023.01.17
申請日：2022.09.26
分類號：C02F11/02(2006.01)I;C02F11/06(2006.01)I;C02F11/00(2006.01)I;B01J20/20(2006.01)I;B01J20/02(2006.01)I;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種納米材料協(xié)同植物修復污泥中重金屬的方法。所述方法包括將生物炭負載納米零價鐵材料與污泥充分混合后均勻鋪灑于平面上，隨即在污泥表面播撒超積累植物種子，待超積累植物種子發(fā)芽生長；通過植物和生物炭負載納米零價鐵材料之間的協(xié)同作用去除和固定污泥中重金屬。本發(fā)明采用的是一種綠色的修復方式，不僅對環(huán)境沒有二次污染，同時能過做到原位修復，減少了其他經濟上的損耗。本發(fā)明操作簡單，效果良好，對環(huán)境友好，適用污泥中重金屬的處理。
權利要求書
1.一種納米材料協(xié)同植物修復污泥中重金屬的方法，其特征在于，包括：將生物炭負載納米零價鐵材料與污泥充分混合后均勻鋪灑于平面上，隨即在污泥表面播撒超積累植物種子，待超積累植物種子發(fā)芽生長；通過植物和生物炭負載納米零價鐵材料之間的協(xié)同作用去除和固定污泥中重金屬。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物炭負載納米零價鐵材料中生物炭與零價鐵納米顆粒的質量比為(1-4)：1；優(yōu)選地，所述生物炭負載納米零價鐵材料中生物炭與零價鐵納米顆粒的質量比為2:1。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物炭負載納米零價鐵材料的添加量為污泥質量的0.3％-0.5％；其中，污泥中含水率越大，生物炭負載納米零價鐵材料的添加量越多，污泥中重金屬濃度越高，生物炭負載納米零價鐵材料的添加量越多。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超積累植物種子為黑麥草種子或高羊茅種子，所述超積累植物種子發(fā)芽生長的時間為28天-45天。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述污泥中含有的重金屬為銅和鋅。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述污泥鋪設的厚度為10-15cm，每50g的污泥表面播撒超積累植物種子20顆。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物炭負載納米零價鐵材料通過下列方法制備得到：在保護氣氛圍下，向亞鐵鹽溶液中加入生物炭，然后滴加還原劑，反應生成的材料經洗滌、離心、干燥后得到所述生物炭負載納米零價鐵材料。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵，所述還原劑為硼氫化鈉溶液
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述生物炭采用玉米秸稈粉末過100目篩后，在保護氣下，在管式爐500-600℃的溫度下熱解2-3h后得到。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述保護氣氛圍為氮氣；所述洗滌是采用無水乙醇洗滌；所述干燥為真空干燥，優(yōu)選的，所述干燥是在60-70℃下真空干燥烘干10-12h。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種納米材料協(xié)同植物修復污泥中重金屬的方法，其目的在于利用植物和納米材料的協(xié)同作用，做到原位修復，能夠有效去除污泥中的重金屬。
為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種納米材料協(xié)同植物修復污泥中重金屬的方法，包括：將生物炭負載納米零價鐵材料與污泥充分混合后均勻鋪灑于平面上，隨即在污泥表面播撒超積累植物種子，待超積累植物種子發(fā)芽生長；通過植物和生物炭負載納米零價鐵材料之間的協(xié)同作用去除和固定污泥中重金屬。
優(yōu)選地，所述生物炭負載納米零價鐵材料中生物炭與零價鐵納米顆粒的質量比為(1-4)：1；優(yōu)選地，所述生物炭負載納米零價鐵材料中生物炭與零價鐵納米顆粒的質量比為2:1。
優(yōu)選地，所述生物炭負載納米零價鐵材料的添加量為污泥質量的0.3％-0.5％，其中，污泥中含水率越大，生物炭負載納米零價鐵材料的添加量越多，污泥中重金屬濃度越高，生物炭負載納米零價鐵材料的添加量越多。
優(yōu)選地，所述超積累植物種子為黑麥草種子或高羊茅種子。
優(yōu)選地，所述污泥中含有的重金屬為銅和鋅。
優(yōu)選地，所述待超積累植物種子發(fā)芽生長的時間為28天-45天。
優(yōu)選地，所述生物炭負載納米零價鐵材料通過下列方法制備得到：在保護氣氛圍下，向亞鐵鹽溶液中加入生物炭，然后滴加還原劑，反應生成的材料經洗滌、離心、干燥后得到所述生物炭負載納米零價鐵材料。
優(yōu)選地，所述亞鐵鹽為硫酸亞鐵，所述還原劑為硼氫化鈉溶液。
優(yōu)選地，所述生物炭采用玉米秸稈粉末過100目篩后，在保護氣下，在管式爐500-600℃的溫度下熱解2-3h后得到。
優(yōu)選地，所述保護氣氛圍為氮氣；所述洗滌是采用無水乙醇洗滌；所述干燥為真空干燥，優(yōu)選的，所述干燥是在60-70℃下真空干燥烘干10-12h。
優(yōu)選地，所述污泥鋪設的厚度為10-15cm，每50g的污泥表面播撒超積累植物種子20顆。
總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，至少能夠取得下列有益效果。
(1)本發(fā)明利用環(huán)境友好型的生物炭負載納米零價鐵材料，再種植可以富集重金屬的超積累植物，通過植物提取作用和納米材料吸附作用，做到原位修復，能夠有效去除和固定污泥中的重金屬。本發(fā)明采用的是一種綠色的修復方式，不僅對環(huán)境沒有二次污染，同時能過做到原位修復，減少了其他經濟上的損耗。本發(fā)明操作簡單，效果良好，對環(huán)境友好，適用污泥中重金屬的處理。
(2)本發(fā)明并不是將納米材料和植物進行簡單的組合，本發(fā)明中采用的納米材料和植物之間存在協(xié)同作用。
以污泥中含有銅鋅兩種重金屬為例，污泥中，銅鋅存在的形式多樣，包括水溶態(tài)，弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘渣態(tài)，這幾種形態(tài)的重金屬遷移能力依次降低，重金屬修復就是將重金屬向遷移能力低的形態(tài)轉化或將重金屬從土壤中去除。納米零價鐵對重金屬修復的過程有：吸附、還原、氧化、磁作用力、范德華力、靜電作用和比表面鍵控制，其中除吸附作用之外的其他作用是建立在吸附作用基礎之上的。生物炭對重金屬的修復可以通過簡單吸附來降低有效態(tài)重金屬(水溶態(tài)，弱酸提取態(tài)和部分可還原態(tài))含量，還能通過提高pH值和有機質含量來促進有效態(tài)重金屬向其他形態(tài)轉化，從而降低污泥中的生物有效性。同時，生物炭材料因其高比表面積也可使污泥疏松利于植物根系發(fā)展，促進植物通過根系吸收有效態(tài)重金屬。植物根系分泌物會使得污泥中重金屬有效態(tài)含量增多，因此，材料與植物相互輔助相互作用，實現(xiàn)污泥中重金屬的固化和去除。生物炭作為多孔吸附材料，將納米零價鐵負載在其上面，不僅可以防止納米零價鐵發(fā)生聚集現(xiàn)象，還有利于納米零價鐵后續(xù)反應過程的展開。而鐵的加入一方面用來修復重金屬，另一方面還可以促進植物葉綠素的合成以及生物量的變化，使得植物吸收提取重金屬的能力提升，最終促進材料與植物協(xié)同作用的產生。
也正因為如此，本申請中采用了將生物炭負載納米零價鐵材料與污泥充分混合后，立即在污泥表面播撒超積累植物種子。
(3)本發(fā)明以亞鐵鹽和生物炭為原材料，在還原劑的作用下以生物炭為載體合成了納米零價鐵。一方面，通過硼氫化鈉還原法與生物炭載體上還原的納米零價鐵，相較于直接還原的零價鐵，減少了納米零價鐵的團聚現(xiàn)象，增加了納米零價鐵的比表面積，提高了材料的吸附效果，另一方面，該法的合成過程簡單，原材料獲取方便且對環(huán)境友好。
(4)本發(fā)明利用農業(yè)廢棄物玉米秸稈進行燒制的生物炭，環(huán)境友好，同時也解決秸稈堆砌問題，另外，超積累植物中黑麥草生長周期短，成熟后可進行多次割苗，能提高其處理效果。
(5)本發(fā)明中采用的生物炭負載納米零價鐵材料中，生物炭不僅作為零價鐵載體，還能吸附其他重金屬，同時改良污泥孔隙度，為微生物提供良好生長環(huán)境，促進黑麥草對重金屬的提取吸收作用。
（發(fā)明人：龔建宇;呂昊;淦方茂;陳文然;梁莎）
