本發(fā)明涉及重金屬污染區(qū)環(huán)境修復(fù)植物的深加工及利用，尤其涉及一種重金屬污染區(qū)西瓜藤纖維提取工藝。

背景技術(shù)：

植物修復(fù)(Phytoremediation)是利用綠色植物來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物使其對(duì)環(huán)境無(wú)害。植物修復(fù)的對(duì)象是重金屬、有機(jī)物或放射性元素污染的土壤及水體。研究表明，通過植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達(dá)到凈化環(huán)境的目的，因而植物修復(fù)是一種很有潛力、正在發(fā)展的清除環(huán)境污染的綠色技術(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)在重金屬污染區(qū)栽植的西瓜果實(shí)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB18406.1-2001，農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害蔬菜安全)的要求，西瓜藤具有吸附重金屬的能力，為土壤重金屬污染區(qū)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供參考；然而對(duì)重金屬污的染西瓜藤的處理問題尚無(wú)研究，目前常見的做法是將西瓜藤留放在污染區(qū)的田地中，這樣會(huì)使重金屬回流到土地中，從而無(wú)法起到較好的重金屬環(huán)境修復(fù)的目的。如何有效地回收和利用含有重金屬的西瓜藤是目前尚未解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供將西瓜藤內(nèi)的重金屬大量脫除并提取西瓜藤纖維的工藝技術(shù)，達(dá)到有效地回收和利用含有重金屬的西瓜藤。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：

重金屬污染區(qū)西瓜藤纖維提取工藝，包括以下步驟：

S1：將從重金屬污染區(qū)采集到的西瓜藤進(jìn)行清洗，去除泥土和灰塵，并在 70-80℃下烘干至恒重備用；

S2：將烘干后的西瓜藤進(jìn)行碾壓，并將碾壓后的西瓜藤浸泡在去離子水中；原水中含有很多的電解質(zhì)，這些電解質(zhì)的存在會(huì)對(duì)后續(xù)重金屬的提取產(chǎn)生影響，因此將烘干后的西瓜藤浸泡在去離子水中可去除對(duì)重金屬提取工藝的影響。

S3：向S2步驟中的去離子水中加入活化好的復(fù)合酶，在30-50℃條件下反應(yīng)3-4小時(shí)；復(fù)合酶能將西瓜藤中的淀粉水解，同時(shí)也能溶解西瓜藤中的半纖維素、木質(zhì)素，而且不破壞纖維素，可以有效提高提取纖維素的純度。

S4：反應(yīng)完成后，加入稀硫酸溶液，再進(jìn)行提??；利用酸為提取劑，將植物中的重金屬脫除出來，使西瓜藤內(nèi)的重金屬含量盡可能的減少。

S5：反應(yīng)結(jié)束后，將溶液置入電化學(xué)裝置中，采用硫酸作為電解液，陽(yáng)極選用石墨烯/碳復(fù)合材料，陰極選用鋁鋅合金，石墨烯/碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，控制電壓為10-15V，采用脈沖直流電源電解3-8分鐘，電解過程中利用稀硫酸調(diào)節(jié)pH,保持pH為8-9，電解完成后對(duì)重金屬進(jìn)行回收，剩余的液體進(jìn)行過濾分別得到含有西瓜藤纖維的固體A和含有微量重金屬的溶液B。利用電化學(xué)裝置對(duì)含有重金屬的溶液進(jìn)行電解還原，重金屬離子在靜電引力的作用下，向陰極遷移，從而在石墨烯/碳電極表面發(fā)生沉積，再回收石墨烯/碳上高純度的重金屬，可以重復(fù)利用，節(jié)約資源；石墨烯/碳復(fù)合材料形狀的相關(guān)說明；電解過程中pH保持在8-9時(shí)的電解效率最高，pH值較高時(shí)重金屬氫氧化物出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，會(huì)使溶液中的重金屬離子質(zhì)量濃度增加；電解采用脈沖直流電源，由于脈沖電源施加脈沖信號(hào)，進(jìn)行供電-斷電-供電的過程，電極上的反應(yīng)時(shí)斷時(shí)續(xù)，與直流電源相比，有利于離子擴(kuò)散，降低濃差極化，消除鋁鋅電極的鈍化，處理時(shí)間短且效率高。

S6：將固體A加入到含有氫氧化鈉或氫氧化鉀和少量亞硫酸鈉的溶液中，在100-120℃下處理2-3小時(shí)，氫氧化鈉或氫氧化鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5-9.5％；西瓜藤在氫氧化鈉或氫氧化鉀和亞硫酸鈉的溶液中，半纖維素、木質(zhì)素及果膠大部分已經(jīng)溶解，纖維素分子鏈間形成新的氫鍵，改變?cè)瓉淼慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)，由此得到的植 物纖維素中的纖維素含量更高，在100-120℃下處理2-3小時(shí)，可以顯著提高纖維素的韌性。

S7：將步驟S6中得到的混合物進(jìn)行離心，得到提取出來的西瓜藤纖維固體C和含有微量重金屬的溶液D；

S8：將固體C浸泡在去離子水中，然后進(jìn)行攪拌清洗，最后過濾、烘干得到西瓜藤纖維；通過去離子水的浸泡使pH調(diào)節(jié)至6-7。

S9：將步驟S5中的溶液B和步驟S7中的溶液D混合，過濾后對(duì)硫酸溶液加以重復(fù)利用。

進(jìn)一步，在步驟S5中所述脈沖電源為多段式脈沖電源，電源參數(shù)為：在前三個(gè)周期中，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電；接下來的三個(gè)周期中，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電；最后的三個(gè)周期，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電。

采用多段式脈沖使電解運(yùn)行平穩(wěn)、效果穩(wěn)定；隨著電解過程的進(jìn)行，溶液中的離子濃度逐漸降低，電解速率和效率均會(huì)有所減慢，因此，設(shè)置后面的周期較前面周期中的脈沖寬度增大、間歇寬度減小、幅值增大，有利于電解末期的離子擴(kuò)散、降低濃差極化，從而降低電耗。

進(jìn)一步，在步驟S3中，所述復(fù)合酶為果膠酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶等非纖維素物質(zhì)降解酶在內(nèi)的關(guān)鍵性復(fù)合酶系。所述復(fù)合酶用于降解西瓜藤中的所有非纖維素類物質(zhì)。

進(jìn)一步，在步驟S5中陽(yáng)極板與陰極板的間距為5-10mm，這樣可以使電解效率最高。

進(jìn)一步，在步驟S3中所用復(fù)合酶的溶度為0.05-0.08mol/L，這樣可以使非纖維素類物質(zhì)的去除率最高。

進(jìn)一步，在步驟S4中所用稀硫酸的濃度為5-10g/ml。

進(jìn)一步，在步驟S4中所用的反應(yīng)時(shí)間為2-3小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果：(1)獲得脫除了部分重金屬后的西瓜藤纖維；(2)對(duì)提取過程中添加的酸和堿加以重復(fù)利用，降低了提取成本；(3)重金屬得到了有效回收，實(shí)現(xiàn)了重金屬的循環(huán)利用；(4)可操作性強(qiáng)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

以下將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

實(shí)施例一：

將從重金屬污染區(qū)采集到的西瓜藤進(jìn)行清洗，去除泥土和灰塵，并在70℃下烘干至恒重備用；將烘干后的西瓜藤進(jìn)行碾壓，并將碾壓后的西瓜藤浸泡在去離子水中；然后加入溶度為0.05mol/L活化好的果膠酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶等非纖維素物質(zhì)降解酶在內(nèi)的關(guān)鍵性復(fù)合酶系，在30℃條件下反應(yīng)3小時(shí)；反應(yīng)完成后，加入濃度為5g/ml稀硫酸溶液，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，將溶液置入電化學(xué)裝置中電解，采用硫酸作為電解液，陽(yáng)極選用石墨烯/碳復(fù)合材料，陰極選用鋁鋅合金，石墨烯/碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)為多層符合結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極板與陰極板的間距為5mm，控制電壓為10-15V，采用多段式脈沖電源電解3分鐘，電解過程中利用稀硫酸調(diào)節(jié)pH,保持pH為8，電解完成后對(duì)重金屬進(jìn)行回收，多段式脈沖電源參數(shù)為：在前三個(gè)周期中，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在 內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電；接下來的三個(gè)周期中，在一個(gè)T 內(nèi)，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電；最后的三個(gè)周期，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電。電解完成后對(duì)重金屬進(jìn)行回收，剩余的液體進(jìn)行過濾分別得到含有西瓜藤纖維的固體A和含有微量重金屬的溶液B，將固體A加入到含有氫氧化鈉或氫氧化鉀和少量亞硫酸鈉的溶液中，在100℃下處理2小時(shí)，氫氧化鈉或氫氧化鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5％；將反應(yīng)后得到的混合物進(jìn)行離心，得到提取出來的西瓜藤纖維固體C和含有微量重金屬的溶液D；將固體C浸泡在去離子水中，然后進(jìn)行攪拌清洗調(diào)節(jié)至中性，最后過濾、烘干得到西瓜藤纖維；將溶液B和溶液D混合，過濾后對(duì)硫酸溶液加以重復(fù)利用。

實(shí)施例二：

將從重金屬污染區(qū)采集到的西瓜藤進(jìn)行清洗，去除泥土和灰塵，并在80℃下烘干至恒重備用；將烘干后的西瓜藤進(jìn)行碾壓，并將碾壓后的西瓜藤浸泡在去離子水中；然后加入溶度為0.08mol/L活化好的果膠酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶等非纖維素物質(zhì)降解酶在內(nèi)的關(guān)鍵性復(fù)合酶系，在50℃條件下反應(yīng)4小時(shí)；反應(yīng)完成后，加入濃度為10g/ml稀硫酸溶液，反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束后，將溶液置入電化學(xué)裝置中電解，采用硫酸作為電解液，陽(yáng)極選用石墨烯/碳復(fù)合材料，陰極選用鋁鋅合金，石墨烯/碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)為多層符合結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極板與陰極板的間距為10mm，控制電壓為10-15V，采用多段式脈沖電源電解8分鐘，電解過程中利用稀硫酸調(diào)節(jié)pH,保持pH為9，電解完成后對(duì)重金屬進(jìn)行回收，多段式脈沖電源參數(shù)為：在前三個(gè)周期中，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在 內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電；接下來的三個(gè)周期中，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電；最后的三個(gè)周期，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電。電解完成后對(duì)重金屬進(jìn)行回收，剩余的液體進(jìn)行過濾分別得到含有西瓜藤纖維的固體A和含有微量重金屬的溶液B，將固體A加入到含有氫氧化鈉或氫氧化鉀和少量亞硫酸鈉的溶液中，在120℃下處理3小時(shí)，氫氧化鈉或氫氧化鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.5％；將反應(yīng)后得到的混合物進(jìn)行離心，得到提取出來的西瓜藤纖維固體C和含有微量重金屬的溶液D；將固體C浸泡在去離子水中，然后進(jìn)行攪拌清洗調(diào)節(jié)至中性，最后過濾、烘干得到西瓜藤纖維；將溶液B和溶液D混合，過濾后對(duì)硫酸溶液加以重復(fù)利用。

實(shí)施例三：

采用硫酸作為電解液，陽(yáng)極選用石墨烯/碳復(fù)合材料，陰極選用鋁鋅合金，石墨烯/碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)為多層符合結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極板與陰極板的間距為10mm，控制電壓為10-15V，采用多段式脈沖電源電解6分鐘，電解過程中利用稀硫酸調(diào)節(jié)pH,保持pH為8，電解完成后對(duì)重金屬進(jìn)行回收，多段式脈沖電源參數(shù)為：在前三個(gè)周期中，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為10V，在內(nèi)為不通電；接下來的三個(gè)周期中，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電， 在內(nèi)的幅值為12V，在內(nèi)為不通電；最后的三個(gè)周期，在一個(gè)T內(nèi)，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電，在內(nèi)的幅值為15V，在內(nèi)為不通電。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范當(dāng)中。