一种镉污染修复剂制造技术

本发明专利技术提供一种镉污染修复剂，具体为一种以废弃烟叶提取物为还原剂和稳定剂，将木本泥炭吸附的亚铁盐或铁盐原位还原，得到的木本泥炭载纳米铁。通过调节木本泥炭与亚铁盐或铁盐的质量比，和/或通过调节烟叶提取物的用量，和/或通过调节反应时间，和/或通过调节搅拌或振荡速度来控制纳米铁的反应活性。木本泥炭载纳米铁的制备不需要有毒的试剂，在室温常压下使用常规仪器便能完成，不仅能实现烟叶的资源化利用，降低纳米铁的制备成本，环境友好，而且能在修复土壤镉污染的同时，增加土壤有机质含量，提高农作物的产质量。可广泛用于去除水体中的镉离子污染和钝化修复土壤中的隔污染，属于重金属污染修复技术领域。

A Cadmium Contamination Repair Agent

The invention provides a cadmium contamination remediation agent, in particular a nano-iron loaded on wood peat by in-situ reduction of ferrous salt or iron salt adsorbed by wood peat using waste tobacco leaf extract as reductant and stabilizer. The reactivity of nano-iron is controlled by adjusting the mass ratio of woody peat to ferrous salt or iron salt, and/or by adjusting the amount of tobacco leaf extract, and/or by adjusting the reaction time, and/or by adjusting the stirring or oscillating speed. The preparation of nano-iron in woody peat does not need toxic reagents. It can be accomplished by using conventional instruments at room temperature and atmospheric pressure. It not only realizes the resource utilization of tobacco leaves, reduces the cost of preparation of nano-iron, and is environmentally friendly, but also increases the content of soil organic matter and improves the yield and quality of crops while remediating cadmium contamination in soil. It can be widely used for removing cadmium ion pollution in water and passivation remediation of contaminated soil, and belongs to the technical field of heavy metal pollution remediation.

【技术实现步骤摘要】
一种镉污染修复剂
本专利技术提供一种镉污染修复剂，具体为一种能去除水体中的镉离子污染和钝化修复镉污染土壤的木本泥炭载纳米铁，属于重金属污染修复

技术介绍
镉广泛应用于颜料、电镀和电池制造等行业。镉毒性极强，会造成人体骨骼中的钙大量流失，引起骨质疏松、骨骼萎缩和关节疼痛，即所谓的“痛痛病”。此外，镉对肾脏、肺部、心血管和神经系统也有一定的损害。为此，联合国环境规划署将镉列为首要的有毒金属之一，镉污染治理不容忽视。通过改变重金属的赋存形态，降低其生物有效性是治理重金属污染的有效途径之一。泥炭是植物残体在高温、高湿和厌氧环境下形成的有机质，主要分为草本泥炭、木本泥炭和藓类泥炭。泥炭含有丰富的羟基、羧基和氨基等官能团，能与重金属离子形成络合物，是一种去除重金属污染的吸附剂。与草本泥炭和藓类泥炭相比，木本泥炭的腐殖酸含量更高。施用木本泥炭不仅能有效减少土壤氮素损失，提高耕作层土壤速效钾含量，而且能提高土壤活性有机碳和碳库管理指数(湖南农业科学，2017,4:58-60)，有效提高土壤水稳性团聚体含量(天津农业科学，2017,23(6):20-23,26)，显著提高农作物的品质和产量。纳米铁的高还原性和吸附性使其在环境污染物处理中的应用研究越来越广泛，载体负载和表面修饰是减少纳米铁团聚和氧化失活的两大措施。目前，纳米铁的制备大多采用有毒的硼氢酸钠或硼氢酸钾还原亚铁盐或铁盐，需要外加聚合物或表面活性剂作纳米铁的包裹剂或稳定剂，存在成本高、污染环境等问题。以植物提取液代替硼氢酸钠或硼氢酸钾制备纳米铁则能弥补该不足。专利CN201710245090.4公开了一种以80℃水提取的绿茶提取物为还原剂、分散剂和掩蔽剂制备纳米铁粉的方法，用于沥青抗老化和还原路面重金属离子；专利CN201610274411.9公开了一种利用茶树叶水提取液合成的纳米铁去除p,p’-DDT的方法；专利CN201510824709.8和CN201510824685.6分别公开了一种利用绿茶水提取液合成纳米零价铁镍双金属和纳米零价铁铜双金属材料及其用于修复土壤和地下水中的六价铬污染的方法，这两种双金属材料都需要加入表面活性剂进行改性。此外，专利CN201410112823.3和CN201310141406.7则分别公开了一种利用山竹果皮和猴欢喜树叶的热水提取液绿色合成纳米铁的方法。现有技术还没有公开以废弃烟叶提取物为还原剂制备木本泥炭载纳米铁及其用于去除水体中镉离子污染和钝化修复土壤中镉污染的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种镉污染修复剂，具体为一种以废弃烟叶提取物为还原剂和稳定剂，将木本泥炭吸附的亚铁盐或铁盐原位还原，得到的木本泥炭载纳米铁。通过调节木本泥炭载体与亚铁盐或铁盐的质量比，和/或通过调节烟叶提取物用量，和/或通过调节反应时间，和/或通过调节搅拌或振荡速度来控制纳米铁的反应活性。因此，本专利技术的第一个目的是提供一种镉污染修复剂，具体为一种以废弃烟叶提取物为还原剂和稳定剂，将木本泥炭吸附的亚铁盐或铁盐原位还原，得到的木本泥炭载纳米铁。本专利技术的第二个目的是提供一种利用废弃烟叶提取物制备木本泥炭载纳米铁的方法，包括以下步骤：(1)烟叶处理：将已洗掉杂质的烟叶自然晾干后，于50℃下烘干、粉碎过200目筛，密封待用；(2)烟叶提取物制备：将上述步骤(1)中得到的烟叶粉末与提取溶剂按照质量体积比为1:5～1:40(单位为g·mL-1)，加入到250mL锥形瓶中，超声提取10～40min或室温振荡提取1～8h，离心分离后，清液用旋转蒸发仪在38℃以下浓缩至10mL；(3)木本泥炭吸附亚铁盐或铁盐：将亚铁盐或铁盐水溶液加入到木本泥炭中，在50～200r·min-1下搅拌或振荡0.5～2h，离心、洗涤后，得到吸附有亚铁盐或铁盐的木本泥炭；(4)纳米铁制备：在持续搅拌或振荡的条件下，往步骤(3)得到的吸附有亚铁盐或铁盐的木本泥炭中加入步骤(2)得到的烟叶提取物，继续搅拌或振荡反应0.5h～8h，再进行固液分离，固体用二次蒸馏水洗涤3次，冷冻干燥研磨后即得木本泥炭负载的纳米铁。优选地，步骤(2)中所述的烟叶粉末为1.0g，提取溶剂为25mL0～80％(体积比)的乙醇溶液。优选地，步骤(3)中所述的木本泥炭载体质量为0.02～1.0g，所述的亚铁盐或铁盐与木本泥炭的质量比为1：2～30。优选地，步骤(3)中所述木本泥炭的有机质含量为68.14％～96.28％，总腐殖酸含量为31.50％～75.35％，容重为0.426g·cm-3，pH为5.4。优选地，步骤(4)在搅拌或振荡的同时以0.5～0.8mL·min-1的供气速度往所述溶液中通N2，所述的固液分离为在5000～8000r·min-1转速下离心5～10min或采用磁选法进行分离。本专利技术的第三个目的是提供利用该镉污染修复剂去除水体中镉离子污染的方法，优选的镉离子浓度为5～100mg·L-1。水体中镉离子的去除在50mL离心管中进行。依次往50mL比色管中加入25.00mL含5～100mg·L-1Cd2+溶液与20.0mg镉污染修复剂，混合均匀后开始计时，定时取出0.20mL，采用原子吸收光谱法测定清液中镉浓度，并计算镉去除率或吸附量。本专利技术的第四个目的是提供利用该镉污染修复剂修复镉污染土壤的方法。镉污染土壤的修复方法如下：向镉污染土壤中施加污染修复剂，充分混匀后，于室温下按常规土培方法进行管理。定时取样，按BCR法(Tanta,2006,70:973-978)测定土壤中各种形态镉的含量，按GB/T23739-2009法测定土壤中有效态镉含量。技术效果(1)制备的镉污染修复剂能有效去除水体中的隔离子污染，纳米铁负载显著提高了木本泥炭对水中镉离子的去除能力和去除速度。木本泥炭载纳米铁对5.0～100.0mg·L-1镉的吸附量比未负载纳米铁的木本泥炭高26.4％～83.9％，在pH为6的介质中，30min内，20mg木本泥炭和木本泥炭载纳米铁对25mL50mg·L-1镉离子的去除率分别为21.4％和54.0％，4h时，分别增加到了29.2％和56.6％，见附图1～附图3。(2)制备的镉污染修复剂能有效修复土壤中的镉污染，3％木本泥炭载纳米铁处理3个月后，镉污染土壤中弱酸提取态镉含量比对照组低37.89％，而可还原态、可氧化态和残渣态镉含量分别比对照组高68.58％、17.33％和18.04％，其低活性可氧化态镉和无活性残渣态镉的量分别比等量的木本泥炭处理高6.70倍和1.92倍；此外，1％木本泥炭载纳米铁能使土壤中有效态镉的降低率比木本泥炭高85％，说明纳米铁负载显著提高了木本泥炭钝化修复土壤镉污染的能力。(3)木本泥炭载纳米铁对土壤镉污染的修复能力比稻壳炭载纳米铁更强。1％木本泥炭载纳米铁修复处理2个月后，土壤中有效态镉的降低率比稻壳炭载纳米铁处理高53％，6个月后，土壤中有效态镉的降低率比稻壳炭载纳米铁处理高124％。(4)经过镉污染修复剂处理后，土壤pH值升高不到0.1，因此，该镉污染修复剂是通过降低土壤中有效态镉，使土壤中的镉转化为活性低的可氧化态和无活性的残渣态，达到降低土壤中镉的生物有效性的目的。(5)以废弃烟叶提取物为还原剂代替硼氢化物制备木本泥炭载纳米铁，不需要使用任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镉污染修复剂，其特征在于，包括木本泥炭载体和其负载的纳米铁，其中，纳米铁是以废弃烟叶提取物为还原剂和稳定剂，将木本泥炭吸附的亚铁盐或铁盐原位还原，得到的木本泥炭载纳米铁。

【技术特征摘要】
1.一种镉污染修复剂，其特征在于，包括木本泥炭载体和其负载的纳米铁，其中，纳米铁是以废弃烟叶提取物为还原剂和稳定剂，将木本泥炭吸附的亚铁盐或铁盐原位还原，得到的木本泥炭载纳米铁。2.权利要求1所述的木本泥炭载纳米铁的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤包括如下：(1)烟叶处理：将已洗掉杂质的烟叶自然晾干后，于50℃下烘干、粉碎过200目筛，密封待用；(2)烟叶提取液制备：将上述步骤(1)中得到的烟叶粉末与提取溶剂按照质量体积比为1:5～1:40(单位为g·mL-1)，加入到250mL锥形瓶中，超声提取10～40min或室温振荡提取1～8h，离心分离后，清液用旋转蒸发仪在38℃以下浓缩至10mL；(3)木本泥炭吸附亚铁盐或铁盐：将亚铁盐或铁盐水溶液加入到木本泥炭中，在50～200r·min-1下搅拌或振荡0.5～2h，离心、洗涤后，得到吸附有亚铁盐或铁盐的木本泥炭；(4)纳米铁制备：在持续搅拌或振荡的条件下，往步骤(3)得到的吸附有亚铁盐或铁盐的木本泥炭中加入步骤(2)得到的烟叶提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：石国荣，席改红，肖苗，李小雨，候懿轩，吴岳庭，
申请(专利权)人：湖南农业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43