[發明專利]一種土壤重金屬離子吸附劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410690421.1
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104383890A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 米艷華;黎其萬;陳璐;汪祿祥;尹本林
• 申請（專利權）人: 云南省農業科學院質量標準與檢測技術研究所
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;B09C1/00
• 代理公司: 昆明合眾智信知識產權事務所 53113
• 代理人: 康珉

技術領域

本發明涉及土壤重金屬污染修復和農產品安全生產質量控制的種植技術領域。

技術背景

隨著近幾十年工業化進程的發展，各種工業如采礦業、冶金業、化工業等所產生的廢水和固體廢棄物的浸出液直接進入水體，隨著水系的分布和農業灌溉用水的需要進入農田環境。土壤是農產品生產的直接載體,土壤中的化學物質在農業生產中被農作物吸收而進入農產品，土壤是否遭受污染以及污染程度直接影響農產品的品質與產量(周啟星主編.健康土壤學—土壤健康質量與農產品安全.2005，北京:科學出版社)，因此，農產品質量安全與土壤污染關系密切。土壤重金屬首先通過農產品根部吸收產生累積和在植物體內遷移，當污染含量超過農作物的最大允許濃度時,農產品的食用安全就難以得到保障,2011年農產品質量調查數據顯示，中國10％大米存在鎘污染，長期食用可致人體“骨痛病”的發生。因此、土壤、污水重金屬污染嚴重危害著包括人類在內的各種生命體的健康與生存。土壤、廢水重金屬污染具有持久性，生物富集性和放大等作用，如何有效地治理重金屬廢水污染以及重金屬土壤污染己成為人類共同關注的問題。

目前,我國受Cd、As和Pb等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm²,約占耕地總面積的1/5,其中受Cd污染的耕地面積近1.33萬hm²,涉及11個省25個地區,每年因重金屬污染導致糧食減產超過1000萬噸,被重金屬污染不能食用的糧食達到1200萬噸(韋朝陽等,重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展，生態學報，2001，21(7)：1196-1203),全國有不少地區已經發展到生產“鎘米”的程度。2000年對全國2.2億噸糧食調查發現,糧食中重金屬Pb、Cd、Hg和As超標率達10％。2002年,農業部稻米及其制品質量監督檢驗測試中心對全國市場稻米安全性抽檢結果顯示,稻米中超標最嚴重的是Pb,超標率為28.4％,其次是Cd,超標率為10.3％,As和Hg超標率相對較低,分別為2.8％和3.4％,并呈現一定的復合污染現象(程旺大等,晚粳稻籽粒中砷、鎘、鉻、鎳、鉛等重金屬含量的品種和粒位效應，中國水稻科學,2005,19(3):273-279)。

根據重金屬污染土壤修復控制技術原理的不同，常見的土壤重金屬污染處理方法大致可分為三種，即化學法、物理化學法和生物法。化學法處理重金屬污染土壤主要包括化學沉淀法和電解法,主要適用于含較高濃度重金屬離子尾礦庫土壤的處理。物理化學法處理重金屬污染土壤包括離子交換法和膜分離技術，適用于含較低濃度重金屬離子土壤的處理。生物法主要是指植物修復方法，該方法是指利用植物通過吸收、沉淀和富集等作用降低被污染土壤或地表水的重金屬含量,以達到治理污染、修復環境的目的。生物處理方法包括生物絮凝法、生物吸附法。生物吸附就是生物體及其衍生物對介質中重金屬的吸附作用,包括細胞的不同部位對重金屬離子的絡合、離子交換、吸附和無機微沉淀等。生物吸附法是近年來一種嶄新的重金屬污染治理方法，以其高效、廉價的優點逐漸引起了人們的興趣。國外從80年代開始這方面的研究，90年代發展較快，生物吸附法與其它重金屬污染土壤處理方法相比具有能夠減少農作物對土壤中重金屬的吸收富集量，運行費用低，能回收重金屬和沒有二次污染的優點。且生物源具有容易固定化，并可根據需要制成特殊的生物吸附劑并反復使用。因此，生物吸附法有很好的農業環境重金屬污染治理應用前景。

生物吸附法的成功實施，關鍵取決于吸附劑的研制和應用。生物吸附劑一般指能夠吸附重金屬的微生物體，包括藻類、細菌、真菌等。隨著生物吸附技術的日益發展，生物吸附劑不僅僅局限于微生物，一些豐富的天然物質，特別是纖維素，被認為是具有相當潛力的生物吸附劑。纖維素是地球上最豐富的，可以恢復的天然資源，具有價廉、可降解并對環境不產生污染等優點。但是天然纖維素吸附重金屬能力并不很強,必須通過改性才能使其成為性能良好的吸附材料。2001年，劉明華等研究表明，改性球形纖維素對Cr³⁺吸附量為28mg/g；2009年，王瑀等研究表明,改性甘蔗殘渣對Cu²⁺吸附量高達58.53mg/g。可以看出，生物吸附劑來源廣泛，品種多，許多生物材料都有優越的吸附重金屬能力。農作物秸稈是世界上生物量巨大的農業廢棄物。尤其是玉米、小麥、水稻等作物秸桿富含纖維素成分,可以在許多領域發揮重要的作用，但是，現有的利用狀況造成了相當一部分的農作物秸稈被低值使用和直接廢棄，農業廢棄物改性方法和制備技術的發展為作物制備離子吸附劑提供了理論基礎和研究方向。

發明內容