碳气凝胶在重金属污染土壤修复中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及碳气凝胶在重金属污染±壤修复中的应用。
【背景技术】
[0002] 环境污染领域中重金属元素的概念和范围并没有严格的限制，通常是指具有显著 生物毒性的元素，如铅、儒、隶、铭、铜、锋、神等，其中儒和铭是毒性较强的元素，也是最引人 注意的重金属。
[0003] 自然界中的儒是一种稀有的分散元素，它主要W硫化儒、硫酸儒、硝酸儒、氯化儒、 乙酸儒、碳酸儒、半脫胺酸-儒络合物的形式存在，不同形态的儒具有不同的毒性，其中硝 酸儒与氯化儒在水中的溶解性较好，因而对人类及动植物的毒性较高。水溶液中的儒离子 会根据抑值的变化形成Cd(0H) \Cd(0H)2、Cd(0H)3、Cd(0H)42形态的配离子。研究发现， 在抑值小于8的环境中CcT主要W游离态的Cd2+和少量Cd(OHr的形式存在，而在抑值 大于8的碱性环境中则WCd(OH)2沉淀的形式为主。儒在自然状态下主要由火山活动和岩 石风化等方式进入人类的生活环境，含量一般很低，不会对人类造成危害，因此儒污染主要 来自于人类活动。常见的儒污染来源主要包括农田里施用的污泥、化肥、石灰、农药和其它 含儒有机物废物，其中憐肥对上壤儒的贡献相对最高；金属电锻、印刷、涂料、塑料、陶器、电 池制造、有色金属开采冶炼和其它与儒相关化合物工业所排放的废水和废气。
[0004] 铭及其化合物在工业生产的各个领域广泛应用，是冶金工业、金属加工电锻、制 革、油漆、颜料、印染、制药、照相制版等行业必不可少的原料。铭在天然±壤一水系统的 化-pH范围内常W六价铭化(VI)和S价铭化(III)两种稳定价态存在。S价铭的盐类可 在中性或弱碱溶液中水解，生成不溶解于水的氨氧化铭而沉淀于水体形成底泥。因此自然 界的=价铭主要被吸附在固体物质上面而存在于沉积物中。六价铭多溶于水中，主要W HCrO4和化042两种形态存在，其化学活性大，毒性强，是造成地下水污染的主要污染物。在 工业废水中，主要W六价铭的形态存在。六价铭只有在厌氧的情况下，才还原为=价铭，而 且=价铭毒性很低。因此六价铭还原为=价铭后被吸附或生成氨氧化铭沉淀是水溶液中去 除六价铭的重要途径。
[0005] 铭的毒性主要来自六价铭，其被列为是对人体危害最大的八种化学物质之一，是 国际公认的S种致癌金属物之一，同时也是美国EPA公认的129种重点污染物之一。"铭的 健康、安全与环境指南"指出：对职业健康最有影响的是六价铭化合物。暴露在运些化合物 中的人，有可能引起急性病，如肝损伤，皮肤刺激、溃瘍和过敏，鼻刺激、溃瘍和鼻中隔穿孔， 呼吸过敏。最严重的健康问题是呼吸癌。流行病学研究证实：长期暴露在高浓度六价铭中 (如老旧的铭盐厂、铭酸盐颜料厂和使用铭酸的电锻厂），可使呼吸癌发病率大大提高，且 呼吸癌潜伏期超过15年。据报道共有104种职业存在着潜在的接触铭的机会。由于铭的 应用非常广泛，因此很难确定铭的职业接触量到底有多少，但是，职业接触铭肯定是引发癌 症的主要问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种碳气凝胶在重金属污染±壤修复中的应用。
[0007] 本发明的实现过程如下： 碳气凝胶在重金属污染±壤修复中的应用，具体应用时，将碳气凝胶分散于水中配成 悬浊液。
[0008] 上述的碳气凝胶制备方法为：在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分 子溶于水，在140~300°C反应后得到碳气凝胶，水溶性糖类化合物和水溶性高分子的质 量比为1 :1~1 :〇. 05,水溶性糖类化合物和水的质量比为1:5~1:0. 5,反应溫度优选为 160 ~230°C。
[0009] 上述的水溶性糖类选自单糖、二糖、多糖，具体选自葡萄糖、果糖、薦糖、麦芽糖、乳 糖、可溶性淀粉。
[0010] 上述的水溶性高分子选自聚乙締化咯烧酬、聚丙締酸钢、聚丙締酷胺。
[0011] 上述反应体系中加入有机酸，选自甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸，其中，糖类和有机酸 的质量比为1:4~1:0. 5。
[0012] 本发明的优点：本发明制备的碳气凝胶对±壤中的重金属儒、铭具有显著的吸附 效果，施于±壤中可W达到修复±壤的目的。本发明制备碳气凝胶的工艺简单、成本低廉， 适于工业生产。
【附图说明】
[0013] 图1为实施例1制备的碳气凝胶照片； 图2为实施例1制备的碳气凝胶的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[001引实施例1 将Ig葡萄糖和Ig聚乙締化咯烧酬（K30)溶于ImL水和2mL冰乙酸中，将混合液转移 至密闭反应蓋中，在200°C下反应8小时，反应结束后得到柱状碳气凝胶见图1，碳气凝胶的 透射电镜照片见图2,从图中可W看出碳颗粒的尺寸约为30皿。
[001引实施例2 将5. 5g薦糖和0. 5g聚丙締酷胺（Mw:2000000~14000000)溶于20mL水中，加入6mL甲酸，将混合液转移至密闭反应蓋中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状碳气 凝胶。
[0017] 实施例3 将5g果糖和0. 6g聚乙締化咯烧酬（K30)溶于15mL水中，将混合液转移至密闭反应 蓋中，在140°C下反应16小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[0018] 实施例4 将7g麦芽糖和3g聚丙締酸钢（Mw:5000000~7000000)溶于25血水中，再加入7g乙二酸，将混合液转移至密闭反应蓋中，在300°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状碳 气凝胶。
[001引实施例5 将Ig乳糖和0. 05g水解聚丙酷胺溶于5mL水中，再加入4mL丙酸，将混合液转移至 密闭反应蓋中，在160°C下反应10小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[0020] 实施例6 将5g可溶性淀粉和0. 7g聚乙締化咯烧酬（K30)溶于15血水中，再加入6血冰乙酸， 将混合液转移至密闭反应蓋中，在200°C下反应8小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。 [0021] 实施例7 将6g葡萄糖和0. 7g聚乙締化咯烧酬（K30)溶于20血水中，再加入5血冰乙酸，将混 合液转移至密闭反应蓋中，在230°C下反应7小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[002引 实施例8 将6g葡萄糖和0. 5g聚乙締化咯烧酬（K30)溶于10血水中，再加入5血冰乙酸，将混 合液转移至密闭反应蓋中，在200°C下反应8小时，反应结束后得到圆柱状碳气凝胶。
[0023] 实施例9糖类水热炭化法制备碳材料 将6g葡萄糖溶于lOmL水中，再加入5mL冰乙酸，将混合液转移至密闭反应蓋中，在 200°C下反应8小时，反应结束后得到黑色碳颗粒。
[0024] 实施例10吸附水中重金属离子实验 (1)水中重金属铭离子吸附实验 含铭离子的溶液配制：称取干燥的重铭酸钟0(2化2〇7,优级纯）2. 829 + 0.OOOlg转移 至lOOOmL容量瓶中，加入0. 067mol盐酸，定容，配得铭溶液（lOOOmg/L)。
[0025] 在含铭离子的溶液（1000mg/L)中加入实施例1至9所制备的碳材料，调节抑为 1，在恒溫振荡器上震20小时，反应结束后，取上清液，加入显色剂，测吸光度，并结合标准 曲线计算碳气凝胶的吸附容量和去除率。
[0026] 表1为实施例1至9制备的碳材料对铭离子的吸附容量和去除率数据表
从上述结果可知，葡萄糖水热炭化生成的碳材料的吸附容量为50mg/g，而本发明方法 制备的碳气凝胶对重金属铭离子的吸附容量在285~298mg/g之间，效果很好。
[0027] (2)水中重金属儒离子吸附实验 在含儒离子溶液（500mg/L)中加入实施例1至9所制备的碳材料，用0. 1mol/L的肥1 和0. 1mol/L的化0H调节该溶液抑值为4,在恒溫振荡器上震20小时，反应结束后，取上 清液，用原子吸收光谱法测定滤液中CcT的浓度。
[0028] 表2为实施例1至9制备的碳材料对儒离子的吸附容量和去除率数据表
从上述结果可知，相比于葡萄糖水热炭化得到的碳材料，本发明方法制备的碳气凝胶 对重金属儒离子的吸附容量在66~75mg/g之间，吸附效果明显。
[002引 实施例11 将实施例1制备的碳气凝胶按照0. 3%的添加量与陕西商洛某地铭离子污染的±壤按 照比例混合拌匀，W未添加碳气凝胶的铭污染的±壤作为对照组，在两块±地上种植小白 菜，在小白菜生长60天后收获，收获前测定植株株高，收获后处理样品，测定小白菜地上部 分干重和根部的铭含量。
[0030] 表3 ±壤的理化性质
从上表可W看出，未添加碳气凝胶的铭污染±壤上种植的小白菜植株较低，且地上部 分平均干重比添加碳气凝胶的铭污染上壤收获的小白菜轻，添加碳气凝胶后小白菜根部富 集铭的含量为0. 5mg/kg，而对照田中小白菜根部富集铭的含量为10. 3mg/kg，可见，碳气凝 胶可W有效吸附±壤中铭离子，达到修复±壤的目的。
【主权项】
1. 碳气凝胶在重金属污染土壤修复中的应用。2. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述重金属为铬和/或镉离子。3. 根据权利要求1所述应用，其特征在于：将碳气凝胶分散于水中配成悬浊液。4. 根据权利要求1所述应用，其特征在于所述的碳气凝胶制备方法为：在密闭容器中， 将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，在140~300°C反应后得到碳气凝胶，水溶性 糖类化合物和水溶性高分子的质量比为1 :1~1 :〇. 05,水溶性糖类化合物和水的质量比为 1:5 ~1:0? 5〇5. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：所述的水溶性糖类选自单糖、二糖、多糖。6. 根据权利要求5所述应用，其特征在于：所述的水溶性糖类选自葡萄糖、果糖、蔗糖、 麦芽糖、乳糖、可溶性淀粉。7. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：所述的水溶性高分子选自聚乙烯吡咯烷酮、 聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺。8. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：反应体系中加入有机酸，其中，糖类和有机 酸的质量比为1:4~1:0. 5。9. 根据权利要求8所述应用，其特征在于：所述的有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、乙二 酸。10. 根据权利要求4所述应用，其特征在于：反应温度为160~230°C。
【专利摘要】本发明公开了碳气凝胶在重金属污染土壤修复中的应用。本发明在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，在140～300℃反应后，经干燥得到碳气凝胶。本发明制备的碳气凝胶对土壤中的重金属镉、铬具有显著的吸附效果，从而达到土壤修复的目的。本发明制备碳气凝胶的工艺简单、成本低廉，适于工业生产。
【IPC分类】B09C1/00
【公开号】CN105013809
【申请号】CN201510299287
【发明人】党桃桃, 耿艳敏
【申请人】西安博纳材料科技有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月3日