公布日：2023.01.17
申请日：2022.09.26
分类号：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
本发明公开了一种纳米材料协同植物修复污泥中重金属的方法。所述方法包括将生物炭负载纳米零价铁材料与污泥充分混合后均匀铺洒于平面上，随即在污泥表面播撒超积累植物种子，待超积累植物种子发芽生长；通过植物和生物炭负载纳米零价铁材料之间的协同作用去除和固定污泥中重金属。本发明采用的是一种绿色的修复方式，不仅对环境没有二次污染，同时能过做到原位修复，减少了其他经济上的损耗。本发明操作简单，效果良好，对环境友好，适用污泥中重金属的处理。
权利要求书
1.一种纳米材料协同植物修复污泥中重金属的方法，其特征在于，包括：将生物炭负载纳米零价铁材料与污泥充分混合后均匀铺洒于平面上，随即在污泥表面播撒超积累植物种子，待超积累植物种子发芽生长；通过植物和生物炭负载纳米零价铁材料之间的协同作用去除和固定污泥中重金属。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物炭负载纳米零价铁材料中生物炭与零价铁纳米颗粒的质量比为(1-4)：1；优选地，所述生物炭负载纳米零价铁材料中生物炭与零价铁纳米颗粒的质量比为2:1。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物炭负载纳米零价铁材料的添加量为污泥质量的0.3％-0.5％；其中，污泥中含水率越大，生物炭负载纳米零价铁材料的添加量越多，污泥中重金属浓度越高，生物炭负载纳米零价铁材料的添加量越多。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超积累植物种子为黑麦草种子或高羊茅种子，所述超积累植物种子发芽生长的时间为28天-45天。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污泥中含有的重金属为铜和锌。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污泥铺设的厚度为10-15cm，每50g的污泥表面播撒超积累植物种子20颗。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物炭负载纳米零价铁材料通过下列方法制备得到：在保护气氛围下，向亚铁盐溶液中加入生物炭，然后滴加还原剂，反应生成的材料经洗涤、离心、干燥后得到所述生物炭负载纳米零价铁材料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述亚铁盐为硫酸亚铁，所述还原剂为硼氢化钠溶液
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述生物炭采用玉米秸秆粉末过100目筛后，在保护气下，在管式炉500-600℃的温度下热解2-3h后得到。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保护气氛围为氮气；所述洗涤是采用无水乙醇洗涤；所述干燥为真空干燥，优选的，所述干燥是在60-70℃下真空干燥烘干10-12h。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纳米材料协同植物修复污泥中重金属的方法，其目的在于利用植物和纳米材料的协同作用，做到原位修复，能够有效去除污泥中的重金属。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纳米材料协同植物修复污泥中重金属的方法，包括：将生物炭负载纳米零价铁材料与污泥充分混合后均匀铺洒于平面上，随即在污泥表面播撒超积累植物种子，待超积累植物种子发芽生长；通过植物和生物炭负载纳米零价铁材料之间的协同作用去除和固定污泥中重金属。
优选地，所述生物炭负载纳米零价铁材料中生物炭与零价铁纳米颗粒的质量比为(1-4)：1；优选地，所述生物炭负载纳米零价铁材料中生物炭与零价铁纳米颗粒的质量比为2:1。
优选地，所述生物炭负载纳米零价铁材料的添加量为污泥质量的0.3％-0.5％，其中，污泥中含水率越大，生物炭负载纳米零价铁材料的添加量越多，污泥中重金属浓度越高，生物炭负载纳米零价铁材料的添加量越多。
优选地，所述超积累植物种子为黑麦草种子或高羊茅种子。
优选地，所述污泥中含有的重金属为铜和锌。
优选地，所述待超积累植物种子发芽生长的时间为28天-45天。
优选地，所述生物炭负载纳米零价铁材料通过下列方法制备得到：在保护气氛围下，向亚铁盐溶液中加入生物炭，然后滴加还原剂，反应生成的材料经洗涤、离心、干燥后得到所述生物炭负载纳米零价铁材料。
优选地，所述亚铁盐为硫酸亚铁，所述还原剂为硼氢化钠溶液。
优选地，所述生物炭采用玉米秸秆粉末过100目筛后，在保护气下，在管式炉500-600℃的温度下热解2-3h后得到。
优选地，所述保护气氛围为氮气；所述洗涤是采用无水乙醇洗涤；所述干燥为真空干燥，优选的，所述干燥是在60-70℃下真空干燥烘干10-12h。
优选地，所述污泥铺设的厚度为10-15cm，每50g的污泥表面播撒超积累植物种子20颗。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
(1)本发明利用环境友好型的生物炭负载纳米零价铁材料，再种植可以富集重金属的超积累植物，通过植物提取作用和纳米材料吸附作用，做到原位修复，能够有效去除和固定污泥中的重金属。本发明采用的是一种绿色的修复方式，不仅对环境没有二次污染，同时能过做到原位修复，减少了其他经济上的损耗。本发明操作简单，效果良好，对环境友好，适用污泥中重金属的处理。
(2)本发明并不是将纳米材料和植物进行简单的组合，本发明中采用的纳米材料和植物之间存在协同作用。
以污泥中含有铜锌两种重金属为例，污泥中，铜锌存在的形式多样，包括水溶态，弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态，这几种形态的重金属迁移能力依次降低，重金属修复就是将重金属向迁移能力低的形态转化或将重金属从土壤中去除。纳米零价铁对重金属修复的过程有：吸附、还原、氧化、磁作用力、范德华力、静电作用和比表面键控制，其中除吸附作用之外的其他作用是建立在吸附作用基础之上的。生物炭对重金属的修复可以通过简单吸附来降低有效态重金属(水溶态，弱酸提取态和部分可还原态)含量，还能通过提高pH值和有机质含量来促进有效态重金属向其他形态转化，从而降低污泥中的生物有效性。同时，生物炭材料因其高比表面积也可使污泥疏松利于植物根系发展，促进植物通过根系吸收有效态重金属。植物根系分泌物会使得污泥中重金属有效态含量增多，因此，材料与植物相互辅助相互作用，实现污泥中重金属的固化和去除。生物炭作为多孔吸附材料，将纳米零价铁负载在其上面，不仅可以防止纳米零价铁发生聚集现象，还有利于纳米零价铁后续反应过程的展开。而铁的加入一方面用来修复重金属，另一方面还可以促进植物叶绿素的合成以及生物量的变化，使得植物吸收提取重金属的能力提升，最终促进材料与植物协同作用的产生。
也正因为如此，本申请中采用了将生物炭负载纳米零价铁材料与污泥充分混合后，立即在污泥表面播撒超积累植物种子。
(3)本发明以亚铁盐和生物炭为原材料，在还原剂的作用下以生物炭为载体合成了纳米零价铁。一方面，通过硼氢化钠还原法与生物炭载体上还原的纳米零价铁，相较于直接还原的零价铁，减少了纳米零价铁的团聚现象，增加了纳米零价铁的比表面积，提高了材料的吸附效果，另一方面，该法的合成过程简单，原材料获取方便且对环境友好。
(4)本发明利用农业废弃物玉米秸秆进行烧制的生物炭，环境友好，同时也解决秸秆堆砌问题，另外，超积累植物中黑麦草生长周期短，成熟后可进行多次割苗，能提高其处理效果。
(5)本发明中采用的生物炭负载纳米零价铁材料中，生物炭不仅作为零价铁载体，还能吸附其他重金属，同时改良污泥孔隙度，为微生物提供良好生长环境，促进黑麦草对重金属的提取吸收作用。
（发明人：龚建宇;吕昊;淦方茂;陈文然;梁莎）