采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护技术领域，涉及一种采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪 草重金属富集量的方法。
【背景技术】
[0002] 生活垃圾即城市人们日常生活中排弃的固体废弃物的统称，我国对城市生活垃圾 的处理多采用堆肥技术。城市生活垃圾堆肥含有磷、氮、钾和有机质等多种植物生长所需营 养物质，可作为有机肥料应用于农业。垃圾堆肥中的养分能够使养分中的有机质含量增加 11. 81%-72. 12%。有研宄表明生活垃圾堆肥的施用能够显著提高大白菜产量。研宄发现利 用生活垃圾堆肥做为基质种植茶树，比对照组增产7%左右。而将生活垃圾堆肥作为组配基 质替代耕层土壤生产草皮，则是垃圾堆肥应用的另一有效方式。以生活垃圾堆肥为主体材 料来培植草坪植株，实验证明所用组配基质能够培植草皮，与土壤相比综合性能较强，各应 用生态性能如杂草控制和节水等性能良好；通过研宄黑麦草和高羊茅对复合城市生活垃圾 堆肥基质的生态响应得出，用生活垃圾堆肥来替代土壤具有一定的资源开发潜力。
[0003] 但由于我国大部分的城市垃圾种类繁杂且未经处理，许多废旧电子产品和生活垃 圾共同堆放，造成生活垃圾堆肥中重金属含量较高，并且会随着降雨渗滤到土壤和地下水 中，引起土壤的重金属污染；同时，重金属的生物有效部分可能导致土壤表面的植物体内重 金属含量较高，并通过食物链在人体中聚集，给人体健康带来了巨大危害。有人通过以生 菜为供实植株发现堆肥的施用对其产量有明显的增产作用，但植株体内重金属含量随之增 多。Madrid等研宄了连续使用垃圾堆肥对土壤中重金属累积及生物有效性重金属含量的影 响，结果发现，连续使用垃圾堆肥土壤中重金属含量会持续升高，而生物有效性重金属含量 也随着升高。垃圾堆肥中的重金属比土壤中固有的重金属生物有效性更高，植物更容易利 用。有研宄表明在实验中发现玉米籽粒中Cr、Cd的含量随堆肥施加量增加而增加，与对照 相比增幅达到38. 6% - 450%。有人研宄堆肥对小麦体内重金属积累的影响发现，小麦体内 的重金属富集量与堆肥用量同样成正相关。因此，城市生活垃圾堆肥由于在促进植株生长 的同时也增加了植株重金属的富集，限制了生活垃圾堆肥的广泛应用。
[0004] 农药的广泛应用，为世界各国的农业生产发展做出了巨大贡献。我国作为农业大 国促使了农药工业从无到有直至壮大并形成一个协同发展的体系；农药的使用在促进了我 国农业生广发展。氣吡硫憐(毒死脾)，化学名称是0,0-^乙基一0 - (3,5,6 一二氣一 2- 吡啶基），硫逐磷酸酯。作为一种广谱性有机磷杀虫剂，应用于蔬菜类病虫害防治以及对地 下害虫的杀灭。有机磷农药主要包括磷酸酯类、二硫代磷酸酯类以及硫代磷酰胺酯，硫代磷 酸酯类和少数属于磷酰胺酯几大类。作为目前全球应用最为广泛的杀虫剂之一，自1984年 在农业部农药鉴定登记以来，广泛应用于各种作物的害虫防治。在形成化合物时，磷原子 的空轨道会参与成键，形成化学结构为C-S-P链或C-P链、C-N-P链、C-O-P链等具有^ 配键的P5+化合物。研宄发现氯吡硫磷的施加能够激活脲酶，但对过氧化氢酶产生抑制 作用。并且对土壤中微生物活性和生物量碳呈现出同样的抑制作用。氯吡硫磷在一定浓度 范围内对土壤过氧化氢酶活性表现出先抑制后激活，最后恢复的过程，其水解产物对过氧 化氢酶影响大于原药。施加有机磷类杀虫剂会显著抑制磷酸酶的活性和土壤呼吸强度。
[0005] 重金属可导致土壤生产力下降，对地下水和农作物造成污染，直接或间接危害人 畜健康。通过以上实验表明，向堆肥基质中添加氯吡硫磷后会增加重金属的有效态并且能 与重金属发生耦合效应使高羊茅草体内重金属富集量与对照组相比明显增多。氯吡硫磷的 加入还增加了渗滤液中重金属含量，使重金属活性增强，淋溶风险增大，对地下水造成一定 的污染。原位固定方案可以用来防治这一现象。经常用作土壤中重金属固定剂的物质有锯 末、碳黑，生石灰、磷酸盐以等。实验发现苯胺在未经过处理的碳纳米管上达到最快吸附速 率，在硝酸氧化后的碳纳米管上达到最大的吸附量。
【发明内容】
[0006] 本发明以氧化改性碳纳米管作为隔层，目的在于利用隔层，减轻氯吡硫磷与堆肥 复合重金属耦合后重金属向地下渗漏的作用，并为改性碳纳米管在修复有重金属耦合污染 提供重要的技术支撑。
[0007] 为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容： 一种采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法，其特征在于按如下 的步骤进行： (1) 此实验在室内自然光下进行。试验容器为PVC管，Φ =3cm，h=25cm，每只PVC管下端 用纱布包好，装入IOg过Imm筛的沙子然后将隔层置于沙子上，高度为5cm，最后将160g堆 肥置于隔层之上，每个PVC管内撒上0. 3g提前24h浸泡过的高羊茅种子，每天早晚用自来 水浇灌所有的PVC管并通过称重法调整含水量；使堆肥与混合物的含水量保持在其最大持 水量的60%，室内的温度和相对湿度分别为19-24°C，41-58%，光照强度为600-850 μ mol. m 2· s S (2) 隔层材料：载体材料干重5g，碳纳米管干重2g混合均匀，隔层总高度为5 cm，然后 加入20mmol/kg配比好的氯吡硫磷溶液进行实验，正常培养30d后将20mmol/kg配比好的 氯吡硫磷溶液加入到堆肥基质中，15d后预留Icm后刈割；将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天将40 mL的人造雨水缓慢连续地浇灌于PVC管内，之后每周淋洗一次， 共计三次，淋洗结束后测定体积，测定地上部分生物量、重金属富集量以及淋溶液中重金属 含量。所述的改性碳纳米管粒径为20-40nm，比表面积> 110m2/g，灰分< 8 wt%，纯度> 90 wt%，-COOH含量为I. 43wt% ;载体材料选择锯末，含水率30%，过2mm筛，干燥24h后备用。
[0008] 本发明进一步公开了采用氯吡硫磷碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法 在提高高羊茅地上部分重金属富集量方面、在降低渗滤液中重金属总量方面、在降低重金 属向地下水迀移风险方面的应用。本发明所述的重金属指的是：Cu、Cd、Cr、Pb和Zn。
[0009] 本发明更加详细的描述如下： 1研制材料与方法 1. 1供试材料 选取购自天津市小淀垃圾堆肥处理厂的生活垃圾堆肥作为基质。实验前将垃圾堆肥中 的塑料薄膜、砖瓦、石块和玻璃等大块杂物去除。风干后，过2 mm筛，备用。堆肥理化性质 为：pH 7. 62,有机质含量 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，饱和含水量(λ76mL·g_1，容重(λ85g·mL_1;重金属（Cd、Cr、Cu、Pb、Zn)含量 分别为 I. 97、67. 00、238. 73、172. 11 和 496. 38 mg · kg' 草坪植物选用高羊茅 arundinacea L. )〇
[0010] 氯吡硫磷（Chlorpyrifos)(毒死蜱)，化学名称为0, 〇-二乙基-〇-(3, 5, 6-三 氯-2-吡啶基）硫代磷酸酯。有机磷类杀虫剂，分子式为C9H11Cl 3NO3PS,相对分子质量为 350. 59。结构式如下：
【主权项】
1. 一种采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法，其特征在于按如 下的步骤进行： (1) 在自然光下，采用PVC管，?=3cm，h=25cm，每只PVC管下端用纱布包好，装入IOg 过Imm筛的沙子然后将隔层置于沙子上，高度为5cm，最后将160g堆肥置于隔层之上，每个 PVC管内撒上0. 3g提前24h浸泡过的高羊茅种子，每天早晚用自来水浇灌所有的PVC管并 通过称重法调整含水量；使堆肥与混合物的含水量保持在其最大持水量的60%，室内的温 度和相对湿度分别为19-24°C，41-58%，光照强度为600-850ymol.HT2.s-1; (2) 隔层材料：载体材料干重5g，碳纳米管干重2g混合均匀，隔层总高度为5cm，然后 加入20mmol/kg配比好的氯吡硫磷溶液，正常培养30d后将20mmol/kg配比好的氯吡硫磷 溶液加入到堆肥基质中，15d后预留Icm后刈割；将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天将40mL的人造雨水缓慢连续地浇灌于PVC管内，之后每周淋洗一次， 共计三次，淋洗结束后测定体积，测定地上部分生物量、重金属富集量以及淋溶液中重金属 含量。
2. 权利要求1所述采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法在提 高高羊茅地上部分重金属富集量方面的应用。
3. 权利要求1所述采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法在降 低渗滤液中重金属总量方面的应用。
4. 权利要求1所述采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法在降 低重金属向地下水迀移风险方面的应用。
5. 权利要求1所述采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法，其中 所述的重金属指的是：Cu、Cd、Cr、Pb和Zn。
6. 权利要求1所述采用氯吡硫磷与碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法，其 中所述的改性碳纳米管粒径为20-40nm，比表面积> 110m2/g，灰分< 8wt%，纯度> 90 wt%，-COOH含量为I. 43wt% ;载体材料选择锯末，含水率30%，过2mm筛，在70°C干燥24h〇
【专利摘要】本发明公开了一种采用氯吡硫磷碳纳米管隔层调控草坪草重金属富集的方法。它是以氧化改性碳纳米管作为隔层，目的在于利用隔层，减轻氯吡硫磷与堆肥复合重金属耦合后重金属向地下渗漏的作用，并为改性碳纳米管在修复有重金属耦合污染提供重要的技术支撑。实验结果证明：在氯吡硫磷作用下，改性碳纳米管混合各层的加入，增加了高羊茅地上部分的重金属富集量，改性碳纳米管隔层中渗滤液重金属总量比对照组均有降低。改性碳纳米管的添加在一定程度上降低了重金属向地下水迁移的风险，这为本发明的实际应用提供了技术支撑。
【IPC分类】A01G31-00, A01G7-06
【公开号】CN104838996
【申请号】CN201510226857
【发明人】多立安, 赵树兰, 齐帅
【申请人】天津师范大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月7日