本技术介绍了一种环保型高选择性铜稳定剂的制备技术及其应用。该技术涉及在特定条件下,利用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)作为关键原料,通过一系列化学反应合成出高效稳定的铜稳定剂。该稳定剂具有优异的环境友好性和铜离子选择性,可广泛应用于各种工业领域,有效提高铜材料的稳定性和使用寿命。
背景技术
好氧堆肥处理的污泥富含氮、磷和有机物质,可作为优质肥料促进植物生长,并且通过微生物分解改善土壤结构。堆肥污泥的园林土地利用不仅可以避免了重金属通过食物链进入人体的风险,还可以利用植物提取土壤中的重金属,降低其在土壤中的含量和潜在风险。然而,堆肥污泥中重金属含量较高。虽然发酵过程中这些重金属可能被钝化,降低其迁移性和生物可利用性,但重金属总量并未减少。同时,由于植物提取速率有限,其速度可能落后于土壤微生物以及植物根系分泌物的活化速率。那么在雨季,这些被再次活化的重金属可能被受雨水冲刷进入周边水体,威胁生态系统安全。
据调查我国40个不同地区污水处理厂的污泥中,重金属含量由高到低依次是Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>As>Cd,其中Cu含量排在第二。在我国南方地区的污泥中,Cu最高浓度值可达到2867mg/kg。目前,我国遵循的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)明确规定铜为第二类污染物,其一级排放限值设为0.5mg/L。《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定铜的标准限值为1.0mg/L。鉴于环境容量对铜(Cu)的耐受阈值较低,且其对土壤生态环境的影响较为敏感,我们在推进污泥资源化利用,特别是污泥堆肥的园林化应用过程中,必须高度重视堆肥污泥中铜的累积效应及其潜在的环境风险。这要求我们细致评估堆肥污泥中Cu的浓度水平及其迁移活性,以确保其在土壤环境中的迁移性得到有效控制,从而降低其对土壤之外的生态环境的潜在危害风险。另一方面,虽然污泥中重金属的总体浓度和含量可能较高,但生态毒理学研究表明,重金属的生态风险与其在污泥中的化学形态密切相关。重金属的不同形态决定了它们在土壤环境中的迁移性、生物可利用性和潜在的生态毒性。因此,研究重点在于重金属的具体存在形态,而非仅仅是总量。国际上对于土壤中重金属的存在形态有着不同的检测方法,目前最常用的是BCR连续提取法,重金属形态按稳定性由低到高分别是弱酸提取态(BCR1)、可还原态(BCR2)、可氧化态(BCR3)和残渣态(BCR4)。污泥堆肥处理后,提高了Cu的稳定性,Cu的潜在迁移率和生物利用度降低。有机物占总Cu含量的76.50%,这些有机结合态的Cu在特定的环境条件或微生物作用下,可能会转化成更活跃的形态,从而增加其在土壤中的迁移性和生物可利用性。因此,在评估土壤中铜的环境行为及其对生态系统的影响时,必须考虑到这些有机结合态铜的动态变化及其潜在释放的风险。”尤其是重金属Cu在酸性条件下,表现出较高的渗滤特性。
重金属稳定化是控制重金属淋出最有效的途径。常规的稳定化剂有膨润土、石灰和生物炭等,重金属稳定化是控制重金属淋出最有效的途径。常规的稳定化剂有天然沸石、膨润土和生物炭等。杨兰等人研究了天然沸石对Pb2
+、Cu2+、Mn2+、Zn2+等重金属离子的吸附效果,发现天然沸石对Pb2
+的吸附能力最强,最大吸附量为105.26mg/g,而对Cu2+、Mn2+、Zn2+的吸附能力依次减弱,最大吸附量分别为14.22mg/g、12.36mg/g和7.30mg/g。陈卫琴等研究了膨润土对水体中Cu2+
、Zn2+
的吸附潜力,结果显示在适宜的反应条件下,膨润土对Cu2+
和Zn2+
的最大吸附量可达60mg/g和55mg/g。周文迪发现大麻杆芯生物炭经过改良后能够高效去除水体中的Cu2+
和Ni2+
,其最大吸附量可达25.25mg/g和57.57mg/g。上述吸附剂对Cu2+
的最大吸附量小于60mg/g,且存在对Cu2+
选择性弱甚至优先吸附其他金属离子的缺陷。由于这些常规稳定化剂不具备对Cu的选择性,在应用过程中吸附点位会被其他重金属占据,要获得目标重金属Cu的吸附效果就需要投加足够量的稳定化剂,不仅增加了成本,还会影响土壤结构和理化性质,也会抑制植物对营养元素以及其他重金属的提取,大大降低生态环境效益。鉴于此,本发明旨在提供一种具有高选择性吸附Cu2+的稳定化剂,该稳定化剂可用于与植物修复技术联合应用。通过本发明的实施,能够有效控制Cu的淋滤风险,同时确保植物对土壤中其他重金属的提取不受影响,从而实现土壤重金属污染的精确治理与生态修复。本发明稳定化剂的研发对于推动环境友好型土壤修复技术的发展,满足当前环保需求,具有重要的现实意义和迫切性。
壳聚糖,这种天然的聚多糖,是通过将甲壳素进行去乙酰化处理而获得的,该过程涉及将甲壳素置于氢氧化钾中煮沸。甲壳素主要来源于昆虫和海洋甲壳类动物的壳,是自然界中第二丰富的生物聚合物。壳聚糖不仅可生物降解且成本低廉,其分子主链上的大量活性官能团,包括氨基(-NH2
)和羟基(-OH),为其提供了丰富的活性吸附位点,从而使其对重金属展现出优异的吸附能力。采用交联、接枝、复合其他吸附材料以及离子模板等改性技术对壳聚糖进行处理,可进一步提升其吸附性能和对Cu的选择性。
实现思路