采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪 草重金屬富集量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生活垃圾即城市人們?nèi)粘Ｉ钪信艞壍墓腆w廢棄物的統(tǒng)稱，我國(guó)對(duì)城市生活垃圾 的處理多采用堆肥技術(shù)。城市生活垃圾堆肥含有磷、氮、鉀和有機(jī)質(zhì)等多種植物生長(zhǎng)所需營(yíng) 養(yǎng)物質(zhì)，可作為有機(jī)肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。垃圾堆肥中的養(yǎng)分能夠使養(yǎng)分中的有機(jī)質(zhì)含量增加 11. 81%-72. 12%。有研宄表明生活垃圾堆肥的施用能夠顯著提高大白菜產(chǎn)量。研宄發(fā)現(xiàn)利 用生活垃圾堆肥做為基質(zhì)種植茶樹(shù)，比對(duì)照組增產(chǎn)7%左右。而將生活垃圾堆肥作為組配基 質(zhì)替代耕層土壤生產(chǎn)草皮，則是垃圾堆肥應(yīng)用的另一有效方式。以生活垃圾堆肥為主體材 料來(lái)培植草坪植株，實(shí)驗(yàn)證明所用組配基質(zhì)能夠培植草皮，與土壤相比綜合性能較強(qiáng)，各應(yīng) 用生態(tài)性能如雜草控制和節(jié)水等性能良好；通過(guò)研宄黑麥草和高羊茅對(duì)復(fù)合城市生活垃圾 堆肥基質(zhì)的生態(tài)響應(yīng)得出，用生活垃圾堆肥來(lái)替代土壤具有一定的資源開(kāi)發(fā)潛力。
[0003] 但由于我國(guó)大部分的城市垃圾種類(lèi)繁雜且未經(jīng)處理，許多廢舊電子產(chǎn)品和生活垃 圾共同堆放，造成生活垃圾堆肥中重金屬含量較高，并且會(huì)隨著降雨滲濾到土壤和地下水 中，引起土壤的重金屬污染；同時(shí)，重金屬的生物有效部分可能導(dǎo)致土壤表面的植物體內(nèi)重 金屬含量較高，并通過(guò)食物鏈在人體中聚集，給人體健康帶來(lái)了巨大危害。有人通過(guò)以生 菜為供實(shí)植株發(fā)現(xiàn)堆肥的施用對(duì)其產(chǎn)量有明顯的增產(chǎn)作用，但植株體內(nèi)重金屬含量隨之增 多。Madrid等研宄了連續(xù)使用垃圾堆肥對(duì)土壤中重金屬累積及生物有效性重金屬含量的影 響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，連續(xù)使用垃圾堆肥土壤中重金屬含量會(huì)持續(xù)升高，而生物有效性重金屬含量 也隨著升高。垃圾堆肥中的重金屬比土壤中固有的重金屬生物有效性更高，植物更容易利 用。有研宄表明在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)玉米籽粒中Cr、Cd的含量隨堆肥施加量增加而增加，與對(duì)照 相比增幅達(dá)到38. 6% - 450%。有人研宄堆肥對(duì)小麥體內(nèi)重金屬積累的影響發(fā)現(xiàn)，小麥體內(nèi) 的重金屬富集量與堆肥用量同樣成正相關(guān)。因此，城市生活垃圾堆肥由于在促進(jìn)植株生長(zhǎng) 的同時(shí)也增加了植株重金屬的富集，限制了生活垃圾堆肥的廣泛應(yīng)用。
[0004] 農(nóng)藥的廣泛應(yīng)用，為世界各國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大 國(guó)促使了農(nóng)藥工業(yè)從無(wú)到有直至壯大并形成一個(gè)協(xié)同發(fā)展的體系；農(nóng)藥的使用在促進(jìn)了我 國(guó)農(nóng)業(yè)生廣發(fā)展。氣吡硫憐(毒死脾)，化學(xué)名稱是0,0-^乙基一0 - (3,5,6 一二氣一 2- 吡啶基），硫逐磷酸酯。作為一種廣譜性有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，應(yīng)用于蔬菜類(lèi)病蟲(chóng)害防治以及對(duì)地 下害蟲(chóng)的殺滅。有機(jī)磷農(nóng)藥主要包括磷酸酯類(lèi)、二硫代磷酸酯類(lèi)以及硫代磷酰胺酯，硫代磷 酸酯類(lèi)和少數(shù)屬于磷酰胺酯幾大類(lèi)。作為目前全球應(yīng)用最為廣泛的殺蟲(chóng)劑之一，自1984年 在農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥鑒定登記以來(lái)，廣泛應(yīng)用于各種作物的害蟲(chóng)防治。在形成化合物時(shí)，磷原子 的空軌道會(huì)參與成鍵，形成化學(xué)結(jié)構(gòu)為C-S-P鏈或C-P鏈、C-N-P鏈、C-O-P鏈等具有^ 配鍵的P5+化合物。研宄發(fā)現(xiàn)氯吡硫磷的施加能夠激活脲酶，但對(duì)過(guò)氧化氫酶產(chǎn)生抑制 作用。并且對(duì)土壤中微生物活性和生物量碳呈現(xiàn)出同樣的抑制作用。氯吡硫磷在一定濃度 范圍內(nèi)對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性表現(xiàn)出先抑制后激活，最后恢復(fù)的過(guò)程，其水解產(chǎn)物對(duì)過(guò)氧 化氫酶影響大于原藥。施加有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑會(huì)顯著抑制磷酸酶的活性和土壤呼吸強(qiáng)度。
[0005] 重金屬可導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降，對(duì)地下水和農(nóng)作物造成污染，直接或間接危害人 畜健康。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)表明，向堆肥基質(zhì)中添加氯吡硫磷后會(huì)增加重金屬的有效態(tài)并且能 與重金屬發(fā)生耦合效應(yīng)使高羊茅草體內(nèi)重金屬富集量與對(duì)照組相比明顯增多。氯吡硫磷的 加入還增加了滲濾液中重金屬含量，使重金屬活性增強(qiáng)，淋溶風(fēng)險(xiǎn)增大，對(duì)地下水造成一定 的污染。原位固定方案可以用來(lái)防治這一現(xiàn)象。經(jīng)常用作土壤中重金屬固定劑的物質(zhì)有鋸 末、碳黑，生石灰、磷酸鹽以等。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)苯胺在未經(jīng)過(guò)處理的碳納米管上達(dá)到最快吸附速 率，在硝酸氧化后的碳納米管上達(dá)到最大的吸附量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明以氧化改性碳納米管作為隔層，目的在于利用隔層，減輕氯吡硫磷與堆肥 復(fù)合重金屬耦合后重金屬向地下滲漏的作用，并為改性碳納米管在修復(fù)有重金屬耦合污染 提供重要的技術(shù)支撐。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了如下的技術(shù)內(nèi)容： 一種采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法，其特征在于按如下 的步驟進(jìn)行： (1) 此實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)自然光下進(jìn)行。試驗(yàn)容器為PVC管，Φ =3cm，h=25cm，每只PVC管下端 用紗布包好，裝入IOg過(guò)Imm篩的沙子然后將隔層置于沙子上，高度為5cm，最后將160g堆 肥置于隔層之上，每個(gè)PVC管內(nèi)撒上0. 3g提前24h浸泡過(guò)的高羊茅種子，每天早晚用自來(lái) 水澆灌所有的PVC管并通過(guò)稱重法調(diào)整含水量；使堆肥與混合物的含水量保持在其最大持 水量的60%，室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度分別為19-24°C，41-58%，光照強(qiáng)度為600-850 μ mol. m 2· s S (2) 隔層材料：載體材料干重5g，碳納米管干重2g混合均勻，隔層總高度為5 cm，然后 加入20mmol/kg配比好的氯吡硫磷溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，正常培養(yǎng)30d后將20mmol/kg配比好的 氯吡硫磷溶液加入到堆肥基質(zhì)中，15d后預(yù)留Icm后刈割；將刈割下的地上部分置于80° C 的烘箱中烘干至衡重； (3 )刈割后第2天將40 mL的人造雨水緩慢連續(xù)地澆灌于PVC管內(nèi)，之后每周淋洗一次， 共計(jì)三次，淋洗結(jié)束后測(cè)定體積，測(cè)定地上部分生物量、重金屬富集量以及淋溶液中重金屬 含量。所述的改性碳納米管粒徑為20-40nm，比表面積> 110m2/g，灰分< 8 wt%，純度> 90 wt%，-COOH含量為I. 43wt% ;載體材料選擇鋸末，含水率30%，過(guò)2mm篩，干燥24h后備用。
[0008] 本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了采用氯吡硫磷碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法 在提高高羊茅地上部分重金屬富集量方面、在降低滲濾液中重金屬總量方面、在降低重金 屬向地下水迀移風(fēng)險(xiǎn)方面的應(yīng)用。本發(fā)明所述的重金屬指的是：Cu、Cd、Cr、Pb和Zn。
[0009] 本發(fā)明更加詳細(xì)的描述如下： 1研制材料與方法 1. 1供試材料 選取購(gòu)自天津市小淀垃圾堆肥處理廠的生活垃圾堆肥作為基質(zhì)。實(shí)驗(yàn)前將垃圾堆肥中 的塑料薄膜、磚瓦、石塊和玻璃等大塊雜物去除。風(fēng)干后，過(guò)2 mm篩，備用。堆肥理化性質(zhì) 為：pH 7. 62,有機(jī)質(zhì)含量 221. 25 g · kg-1，全氮 13. 48 g · kg-1，有效磷 0· 078 g · kg-1，C/ N是8·37，飽和含水量(λ76mL·g_1，容重(λ85g·mL_1;重金屬（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn)含量 分別為 I. 97、67. 00、238. 73、172. 11 和 496. 38 mg · kg' 草坪植物選用高羊茅 arundinacea L. )〇
[0010] 氯吡硫磷（Chlorpyrifos)(毒死蜱)，化學(xué)名稱為0, 〇-二乙基-〇-(3, 5, 6-三 氯-2-吡啶基）硫代磷酸酯。有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑，分子式為C9H11Cl 3NO3PS,相對(duì)分子質(zhì)量為 350. 59。結(jié)構(gòu)式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法，其特征在于按如 下的步驟進(jìn)行： (1) 在自然光下，采用PVC管，?=3cm，h=25cm，每只PVC管下端用紗布包好，裝入IOg 過(guò)Imm篩的沙子然后將隔層置于沙子上，高度為5cm，最后將160g堆肥置于隔層之上，每個(gè) PVC管內(nèi)撒上0. 3g提前24h浸泡過(guò)的高羊茅種子，每天早晚用自來(lái)水澆灌所有的PVC管并 通過(guò)稱重法調(diào)整含水量；使堆肥與混合物的含水量保持在其最大持水量的60%，室內(nèi)的溫 度和相對(duì)濕度分別為19-24°C，41-58%，光照強(qiáng)度為600-850ymol.HT2.s-1; (2) 隔層材料：載體材料干重5g，碳納米管干重2g混合均勻，隔層總高度為5cm，然后 加入20mmol/kg配比好的氯吡硫磷溶液，正常培養(yǎng)30d后將20mmol/kg配比好的氯吡硫磷 溶液加入到堆肥基質(zhì)中，15d后預(yù)留Icm后刈割；將刈割下的地上部分置于80°C的烘箱中 烘干至衡重； (3 )刈割后第2天將40mL的人造雨水緩慢連續(xù)地澆灌于PVC管內(nèi)，之后每周淋洗一次， 共計(jì)三次，淋洗結(jié)束后測(cè)定體積，測(cè)定地上部分生物量、重金屬富集量以及淋溶液中重金屬 含量。
2. 權(quán)利要求1所述采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法在提 高高羊茅地上部分重金屬富集量方面的應(yīng)用。
3. 權(quán)利要求1所述采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法在降 低滲濾液中重金屬總量方面的應(yīng)用。
4. 權(quán)利要求1所述采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法在降 低重金屬向地下水迀移風(fēng)險(xiǎn)方面的應(yīng)用。
5. 權(quán)利要求1所述采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法，其中 所述的重金屬指的是：Cu、Cd、Cr、Pb和Zn。
6. 權(quán)利要求1所述采用氯吡硫磷與碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法，其 中所述的改性碳納米管粒徑為20-40nm，比表面積> 110m2/g，灰分< 8wt%，純度> 90 wt%，-COOH含量為I. 43wt% ;載體材料選擇鋸末，含水率30%，過(guò)2mm篩，在70°C干燥24h〇
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用氯吡硫磷碳納米管隔層調(diào)控草坪草重金屬富集的方法。它是以氧化改性碳納米管作為隔層，目的在于利用隔層，減輕氯吡硫磷與堆肥復(fù)合重金屬耦合后重金屬向地下滲漏的作用，并為改性碳納米管在修復(fù)有重金屬耦合污染提供重要的技術(shù)支撐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：在氯吡硫磷作用下，改性碳納米管混合各層的加入，增加了高羊茅地上部分的重金屬富集量，改性碳納米管隔層中滲濾液重金屬總量比對(duì)照組均有降低。改性碳納米管的添加在一定程度上降低了重金屬向地下水遷移的風(fēng)險(xiǎn)，這為本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
【IPC分類(lèi)】A01G31-00, A01G7-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104838996
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510226857
【發(fā)明人】多立安, 趙樹(shù)蘭, 齊帥
【申請(qǐng)人】天津師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日