[發(fā)明專利]一種減少稻米中甲基汞富集的改性生物炭及方法

有效

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• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112403444B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王定勇;徐國敏;楊雪玲;王明星;張兵兵;張成;王永敏
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué);貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;A01B79/00;A01B79/02;A01G22/22
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 萬霞

本發(fā)明公開了一種減少稻米中甲基汞富集的改性生物炭及方法，該改性生物炭按以下方法制得：將殼聚糖溶于pH值為4~5的酸性水溶液中，待殼聚糖完全溶解后得到殼聚糖溶液，備用；將生物炭和殼聚糖溶液依次加入反應(yīng)器中，并在轉(zhuǎn)速為120~150 r·min^?1，溫度為40~50℃，壓力為20~25 MPa的反應(yīng)條件下反應(yīng)2~3 h；反應(yīng)結(jié)束后，快速泄壓，取出反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)乙醇反復(fù)清洗后再在80℃的真空干燥箱內(nèi)干燥，干燥后即得到所述改性生物炭。該改性生物炭能吸收土壤中的汞和甲基汞并將汞和甲基汞固定在土壤中，同時還能抑制土壤中甲基汞的生成，從而減少稻米中甲基汞的富集。采用該改性生物炭能大大降低傳統(tǒng)生物炭的施用量，降低成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減少稻米中甲基汞富集的改性生物炭及方法。

背景技術(shù)

汞(Hg)是一種全球性的污染物，能夠長距離遷移，且會造成持久的污染。1956年日本發(fā)生水俁病事件后使人們認識到汞，特別是甲基汞(methylmercury)對人體的危害。汞在自然條件下會發(fā)生甲基化反應(yīng)生成甲基汞，其生物毒性遠高于無機汞，已經(jīng)被我國列入“中國環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單”。在水生生物食物鏈中，由于甲基汞的生物放大作用，高營養(yǎng)級的水生動物體內(nèi)往往能富集高濃度的甲基汞，人群食用水產(chǎn)品則是甲基汞暴露的主要途徑。然而有研究表明，汞礦區(qū)稻米中汞，特別是甲基汞含量同樣很高，我國部分汞礦區(qū)污染土壤生產(chǎn)的稻米甲基汞含量高達180μg·kg^-1，Horvat等調(diào)查貴州省萬山汞礦區(qū)，發(fā)現(xiàn)稻米中的總汞含量高達569μg·kg^-1，甲基汞含量為145μg·kg^-1。Feng等和Zhang等研究發(fā)現(xiàn)，汞礦區(qū)居民食用大米是人體甲基汞暴露的主要途徑，其攝入量占總攝入量的比例高達90％以上，汞礦區(qū)居民從大米中攝取甲基汞的量遠高于其他食物。

稻米是世界上最重要的糧食作物之一，目前全球水稻種植面積大約有1.43×10⁹hm²，全球有近一半的人口是以大米為主要膳食的。中國是全球最大的水稻生產(chǎn)國，2017年水稻種植面積達到3×10⁸hm²。然而在中國有超過1.6％的耕地土壤的汞含量超標，但由于土地資源的匱乏，中國許多地區(qū)仍然使用汞污染土壤來種植水稻。因此，對于以大米為主食的國家，汞污染大米的食用正成為一個新興的健康問題，如何抑制甲基汞在稻田中的生成及其在稻米中的富集，是亟需解決的重要問題。

傳統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物修復(fù)法可以修復(fù)土壤汞污染，但由于處理效果不佳、易產(chǎn)生二次污染或者破壞土壤結(jié)構(gòu)等缺點，目前應(yīng)用較少。而生物炭作為一種新型吸附材料，具有較大的比表面積、豐富的表面含氧官能團以及吸附位點和大量的碳纖維素等特點，使其受到眾多學(xué)者的關(guān)注。生物炭不僅能有效地改善土壤的性質(zhì)，增加土壤的肥力，還能改變土壤中重金屬的形態(tài)，固化活化態(tài)的重金屬，從而降低重金屬在土壤環(huán)境中的生物有效性。有研究表明，當生物炭添加到汞污染土壤中后，會通過化學(xué)吸附鈍化汞，降低有效汞的含量；并且隨著添加量的增加，鈍化的汞越多，有效地降低了植物體內(nèi)的汞含量。這些研究都提供了生物炭可以將甲基汞固定在土壤中從而降低水稻可食用部分汞含量的初步證據(jù)。但是，以往大部分的研究都局限于添加普通生物炭，通常需添加較高量的生物炭(炭土比為3％～10％，相當于4500～15000kg/畝)才顯效果，治理成本極高，難以推廣應(yīng)用。因此，尋求高效和低成本的稻田甲基汞抑制方法極為重要。

殼聚糖是天然高分子材料甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，表面含有大量的氨基(—NH₂)、羥基(—OH)以及酰胺基(—CO—NH₂)，并且其聚合物鏈具有柔性結(jié)構(gòu)，使其對重金屬離子有很強的吸附作用。目前將殼聚糖應(yīng)用于含汞廢水處理的研究較多，而在土壤汞污染修復(fù)中的應(yīng)用相對滯后。并且由于天然殼聚糖機械強度較弱，在水環(huán)境中的穩(wěn)定性較差，易于流失而無法成為高性能汞離子吸附劑。

發(fā)明內(nèi)容