本發(fā)明屬于土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計一種植物仿生修復(fù)濾芯的制備方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著我國工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及農(nóng)村城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，土壤環(huán)境污染問題己越來越嚴(yán)重，特別是農(nóng)田土壤污染形勢日趨嚴(yán)峻。有資料表明，全國僅受重金屬污染的耕地多達(dá)2000萬公頃，受各種有機污染物或化學(xué)品污染農(nóng)田總計6000多萬公頃。土壤環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品的安全。

基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置通過模擬植物毛細(xì)現(xiàn)象和蒸騰作用，提供了一種污染土壤原位自持修復(fù)裝置及采用該裝置進行土壤修復(fù)的方法。該修復(fù)技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)(物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和綜合修復(fù)等幾大類)存在的不足；針對污染土壤(重金屬，有機物污染等)的復(fù)合性、隱蔽(潛伏)性、不可逆性、蓄積性和修復(fù)的長期性等特點，突破了治理措施與修復(fù)技術(shù)的局限性的制約因素?；谥参锓律奈廴就寥涝蛔猿中迯?fù)裝置主要包括：主體、填料、蒸發(fā)器和配件等組件。其中蒸發(fā)器是該裝置組件的重要核心部分，其作用主要是通過利用毛細(xì)現(xiàn)象和蒸騰作用來帶動土壤中的污染物遷移。目前蒸發(fā)器的填料以玻璃纖維或高硅氧玻璃纖維為主。

目前，植物仿生修復(fù)存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、玻璃纖維加工困難、填料后處理復(fù)雜、重金屬離子無法回收利用等問題，針對于上述問題，本發(fā)明用濾芯代替蒸發(fā)器和填料，簡化了生產(chǎn)工藝；用改性纖維代替填料，減少植物仿生修復(fù)裝置質(zhì)量，同時可將重金屬進行回收利用，減小二次污染的可能性，同時改性纖維可重復(fù)利用，低碳環(huán)保；將光催化劑負(fù)載纖維作為濾芯主體，可直接催化氧化有機污染，將極大的擴大了植物仿生修復(fù)裝置的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種工藝簡單、適用范圍廣、重復(fù)利用性強的用于土壤污染植物仿生修復(fù)裝置的濾芯的制備方法。

本發(fā)明提供一種用于土壤污染植物仿生修復(fù)裝置的濾芯的制備方法包括重金屬螯合纖維的制備方法、光催化劑負(fù)載纖維及植物仿生修復(fù)裝置濾芯的制備方法。

本發(fā)明提供一種用于土壤污染植物仿生修復(fù)裝置的濾芯的制備方法包括重金屬螯合纖維(用于螯合重金屬的纖維)的制備方法、光催化劑負(fù)載纖維及植物仿生修復(fù)裝置濾芯的制備方法。

可選的，所述重金屬螯合纖維的制備方法包括以下步驟：

S1：用50質(zhì)量份乙二醇和水以體積比1:1-1:3的混合液作為反應(yīng)溶劑,加入1質(zhì)量份碳酸鈉、3質(zhì)量份對甲基苯磺酰胺在90－120℃油浴加熱攪拌，溶解后加入1-2質(zhì)量份腈綸纖維，加熱2-4h；

S2：清水洗凈后，在烘箱中以40-60℃的溫度加熱5-8小時至恒重，得到重金屬螯合纖維；

可選的，所述光催化劑負(fù)載纖維的制備方法包括以下步驟：

A1：將纖維置于去離子水中超聲清洗20-40min，取出烘干,將置于10-20wt％的C₂H₄OH(醇液)中超聲清洗20-40min,再用去離子水將高硅氧玻璃纖維超聲清洗三次，每次20-40min，取出烘干,放置在干燥器中備用。

A2：將摩爾比為1:0.2:4-1:0.3:6的金屬氧化物光催化劑的前驅(qū)體、二乙醇胺(抑制劑)、無水乙醇形成混合液A,攪拌15-30min；

A3:取去離子水、無水乙醇和稀土硝酸鹽組成混合液B，取去離子水：無水乙醇的體積比為1:10；

A4:將混合液B逐滴加入到混合液A中，混合液A和混合液B的體積比為(1-3)：(3-4)，攪拌0.4-1h得到透明溶膠；將溶膠于室溫下進行陳化一段時間，得到穩(wěn)定、均勻的溶膠，其中稀土元素與光催化劑前驅(qū)體中金屬的摩爾比為(1-5):100；

A5:以步驟A1纖維為載體，以步驟A4的透明溶膠的掛膜液，采用浸漬一提拉法制備納米光催化劑薄膜,提拉速率為4-6mm/s，室溫下晾干，置于烘箱50-80℃下干燥；

A6:將步驟A5干燥后的纖維置于馬弗爐中，升溫至400-600℃，鍛燒3.5-6h，冷卻至室溫，完成一次涂覆；

重復(fù)上述步驟A5-A6，反復(fù)涂覆4-7層，即可得到光催化劑負(fù)載纖維。

可選的，所述光催化劑優(yōu)選為二氧化鈦或/和二氧化鋯，光催化劑前驅(qū)體優(yōu)選自鈦酸酯或/和鋯酸酯。

稀土元素的硝酸鹽可選擇硝酸鏑等。

可選的，所述土壤污染植物仿生修復(fù)裝置的濾芯的制備方法包括以下步驟。

B1:稱取長度為30～60cm的光催化劑負(fù)載纖維束80-120g,作為濾芯的主體部分；

B2：在濾芯主體表面一端開始均勻捆一層重金屬螯合纖維，重金屬螯合纖維層沿濾芯主體軸向長度為20-40cm,重金屬螯合纖維層厚度為2-3cm，此端作為濾芯底端，另一端為頂端；即可得到植物修復(fù)裝置濾芯。

進一步優(yōu)選：還包括B3：未被覆蓋的濾芯主體頂端加工疏松的帶孔的結(jié)構(gòu)；如圖1、圖2或圖3。

優(yōu)選：

光催化劑負(fù)載纖維可選用光催化劑負(fù)載高硅氧玻璃纖維、光催化劑改性碳纖維絲、光催化劑改性異形纖維、光催化劑改性親水導(dǎo)濕型聚酯纖維等。

步驟A1纖維選自高硅氧玻璃纖維、碳纖維、異形纖維、親水導(dǎo)濕型聚酯纖維等

進一步優(yōu)選：步驟B2均勻捆一層重金屬螯合纖維時，可在重金屬螯合纖維中添加親水性纖維進一步提高重金屬螯合纖維層的親水性而增加效果。

本發(fā)明的優(yōu)點：采用本發(fā)明的技術(shù)方案有效的增加了修復(fù)效果，并擴大了應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1、2、3分別對應(yīng)的濾芯主體頂端加工的不同的疏松的帶孔的結(jié)構(gòu)。

圖4基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置

A為裝置的濾芯，B為裝置主體，C為滲透膜。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實例1

本實施例提供的一種用于土壤污染修復(fù)濾芯的的制備方法，其中

金屬螯合纖維(用于螯合重金屬的纖維)的制備方法：

S1：用50份乙二醇和水以體積比1:1的混合液作為反應(yīng)溶劑,加入1份碳酸鈉、3份對甲基苯磺酰胺在90℃油浴加熱攪拌，溶解后加入1.5份腈綸纖維，加熱3h；

S2：清水洗凈后，在烘箱中以50℃的溫度加熱8小時至恒重，得到改性腈綸纖維；

可選的，所述光催化劑負(fù)載高硅氧玻璃纖維的制備方法包括以下步驟：

A1：將剪裁高硅氧玻璃纖維置于去離子水中超聲清洗20-40min，取出烘干,將置于20％的C₂H₄OH(醇液)中超聲清洗20min,再用去離子水將高硅氧玻璃纖維超聲清洗三次，每次20min，取出烘干,放置在干燥器中備用。

A2：將體積比為1:0.3:4-的鈦酸丁酯、二乙醇胺(抑制劑)、無水乙醇形成混合液A,置于三角燒瓶中劇烈攪拌20min；

A3:取去離子水、無水乙醇和硝酸鏑組成混合液B，取去離子水：無水乙醇的體積比為1:10；

A4:將混合液B逐滴加入到混合液A中，混合液A和混合液B的體積比為1:3，攪拌0.4-1h得到透明溶膠；將溶膠于室溫下進行陳化一段時間，得到穩(wěn)定、均勻的溶膠，其中鏑與鈦的摩爾比為1.5:100；

A5:以高硅氧玻璃纖維為載體，采用浸漬一提拉法制備納米二氧化欽薄膜,提拉速率為4mm/s，將濕膜室溫下晾干，置于烘箱70℃下干燥；

A6:將干燥后的編織體置于馬弗爐中，升至550℃，鍛燒4h，冷卻至室溫，完成一次涂覆。

重復(fù)上述步驟，反復(fù)涂覆5層，即可得到光催化劑負(fù)載高硅氧玻璃纖維。所述土壤污染植物仿生修復(fù)裝置的濾芯的制備方法包括以下步驟。

B1:稱取長度為50cm的光催化劑負(fù)載高硅氧玻璃纖維束120g,作為濾芯的主體部分；

B2：在濾芯主體表面一端開始均勻繞捆一層金屬螯合纖維，金屬螯合纖維層長度為40cm,厚度為3cm，此端作為濾芯底端，另一端為頂端；

B3：濾芯主體頂端未被金屬螯合纖維層覆蓋的玻璃纖維加工疏松的形狀如圖1；

B4：即可得到植物修復(fù)裝置濾芯。

實例2

本實施例提供的一種用于土壤污染修復(fù)濾芯的的制備方法，其中

金屬螯合纖維的制備：

S1：用50份乙二醇和水以體積比1:2的混合液作為反應(yīng)溶劑,加入1份碳酸鈉、3份對甲基苯磺酰胺在100℃油浴加熱攪拌，溶解后加入2份腈綸纖維，加熱3h；

S2：清水洗凈后，在烘箱中以60℃的溫度加熱6小時至恒重，得到金屬螯合纖維；

所述光催化劑負(fù)載高硅氧玻璃纖維的制備方法包括以下步驟：

A1：將剪裁高硅氧玻璃纖維置于去離子水中超聲清洗30min，取出烘干,將置于15％的C₂H₄OH(醇液)中超聲清洗30min,再用去離子水將高硅氧玻璃纖維超聲清洗三次，每次20min，取出烘干,放置在干燥器中備用。

A2：將體積比為1:0.5:4的鈦酸丁酯、二乙醇胺(抑制劑)、無水乙醇形成混合液A,置于三角燒瓶中劇烈攪拌20min；

A3:取去離子水、無水乙醇和硝酸鏑組成混合液B，取去離子水：無水乙醇的體積比為1:10；

A4:將混合液B逐滴加入到混合液A中，混合液A和混合液B的體積比為1:3，攪拌1h得到透明溶膠；將溶膠于室溫下進行陳化一段時間，得到穩(wěn)定、均勻的溶膠，其中鏑與鈦的摩爾比為2:100；

A5:以高硅氧玻璃纖維為載體，采用浸漬一提拉法制備納米二氧化欽薄膜,提拉速率為6mm/s，將濕膜室溫下晾干，置于烘箱65℃下干燥；

A6:將干燥后的編織體置于馬弗爐中，以一定的速率升至600℃，鍛燒3.5h，冷卻至室溫，完成一次涂覆。重復(fù)上述步驟，反復(fù)涂覆4層，即可得到光催化劑負(fù)載高硅氧玻璃纖維。

可選的，所述土壤污染植物仿生修復(fù)裝置的濾芯的制備方法包括以下步驟。

B1:稱取長度為30cm的光催化劑負(fù)載高硅氧玻璃纖維束120g,作為濾芯的主體部分；

B2：在濾芯主體表面靠近一端均勻繞捆一層金屬螯合纖維，金屬螯合纖維層長度25cm,金屬螯合纖維層厚度1cm，此端作為濾芯底端，另一端為頂端；

B3：濾芯主體頂端未被金屬螯合纖維層覆蓋的玻璃纖維加工疏松的形狀如圖2；

B4：即可得到植物修復(fù)裝置濾芯

實施例3

將實施例1的鈦酸酯替換為鋯酸酯。

應(yīng)用1

本發(fā)明以上實施例1提供的一種用于重金屬土壤污染修復(fù)的植物仿生修復(fù)裝置濾芯具體如下：

分別配置一系列不同濃度的Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺溶液作為工作液，分別量取500ml置于1000ml燒杯中，將載有濾芯植物仿生修復(fù)裝置分別加入到已經(jīng)添加Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺污染工作液的燒杯中，用保鮮膜密封，置于搖床內(nèi)恒溫低速震蕩3h，取上層清液，用原子吸收分光光度計測定溶液中Cd2+、Pb2+和Cu2+濃度，根據(jù)工作液中重金屬離子濃度的前后濃度差計算濾芯吸附量；

結(jié)果顯示：濾芯對溶液中重金屬離子鎘離子Cd²⁺，鉛離子Pb²⁺和銅離子Cu²⁺的污染均具有良好的吸附效果，其飽和吸附量約為：鎘離子Cd²⁺為0.304mmol/g，鉛離子Pb²⁺為0.550mmol/g，和銅離子Cu²⁺為0.759mmol/g。

將濾芯置于去離子水中于85kHz下超聲波超聲30min，用火焰分光度計檢測清洗液中重金屬的含量，計算出清洗液重金屬的摩爾量，換算出回收率：鎘離子Cd²⁺回收率84％，鉛離子Pb²⁺回收率87％，銅離子Cu²⁺回收率為90％。

應(yīng)用2

本發(fā)明以上實施例3提供的一種用于土壤污染修復(fù)的納米二氧化鋯光催化劑負(fù)載的高硅氧玻璃纖維的制備方法得到的光催化劑負(fù)載的高硅氧玻璃纖維可應(yīng)用在光催化降解染料活性紅(B-2BF)上，具體如下：太陽光光催化：將濾芯安裝于基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置，反應(yīng)裝置如圖4所示，其中：A為裝置的濾芯，B為裝置主體，C為滲透膜，取基于植物仿生的污染土壤原位自持修復(fù)裝置10根(φ32mm×50cm)，將它們安裝于反應(yīng)池中接收太陽光的照射，光強為100000lx，反應(yīng)池中活性紅(B-2BF)染料溶液的濃度為100mg/L，反應(yīng)液溫度為25±2℃，經(jīng)過24h反應(yīng)溶液顏色褪去93％以上。