[发明专利]一种改性纳米碳对城市生活堆肥重金属的固定富集方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市绿化,特别是改性纳米碳对城市生活堆肥重金属的固定富集方法。 

背景技术

纳米材料由于其巨大的比表面积、高的活性点位以及优良的光电性能在污染环境修复研究中越来越受到重视并成为新的研究热点。纳米材料的特殊理化性质取决于其比表面积、分布和纯度，因此，纳米材料在物理性能如磁、光、电、热等方面与普通材料有很大不同，具有吸附、催化、辐射、吸收等新特性。纳米颗粒由于其大量的微界面及微孔性，可以强化各种界面反应，如对重金属的表面及专性吸附反应等，在重金属污染土壤治理及污水净化中将发挥显著作用。Chang 等（2005）在应用纳米零价铁修复多环芳烃污染土壤取得了很好效果；中国科学院南京土壤研究所通过纳米铁治理重金属污染土壤的探索性试验证实了其降低重金属有效性的效果。碳黑是生物体或化石原料的挥发成分在不完全燃烧或高温热解时转化而成的，是气态过程的产物。通常情况下，碳黑为多孔性的纳米材料，直径为30～50 nm，具有大的比表面积和高的活性点位。 

在20 世纪80年代，全球每年产生的碳黑大约在 50-270Tg（Tg=10¹²g）左右，其中大约80%是源于燃烧。大部分的碳黑直接进入土壤，逐渐积累，成为土壤有机质的重要组分，另一部分被风扬起到大气中。由于碳黑的惰性，其沉积期后受到光化学反应和微生物作用是很小的。这意味着碳黑可以长期存在于环境中，对于地球上缓慢循环的碳库来说，具有重要的贡献。 

纳米碳的吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在纳米碳丰富的微孔中，用于去除水和空气中的杂质，这些杂质的分子直径必须小于纳米碳的孔径，化学吸附主要是由于纳米碳的表面含有官能团，与被吸附的物质发生化学反应。介质中的杂质通过物理吸附和化学吸附不断进入纳米碳的多孔结构中使纳米碳吸附饱和，吸附效果下降。吸附饱和后的纳米碳需要进行活化再生，恢复其吸附能力，重复使用，吸附容量越大，吸附效果就越好。目前普遍认为纳米碳是有机污染物的超强吸附剂。它能够强烈吸附多环芳烃、多氯联苯、多氯代二苯并二恶英、多氯代二苯并呋喃和多溴联苯醚、农药敌草隆、3—氯酚和菲等各种有机污染物。事实上，纳米碳对重金属也有一定的吸附作用。吴成等发现碳黑能够强烈吸附Hg²⁺、As³⁺、Pb²⁺和Cd²⁺， 且对Pb²⁺最大吸附量远大于对其他几种重金属 。Qiu等（2008）将麦草和稻草秸秆燃烧形成的碳黑与商业活性碳比较发现，碳黑对Pb²⁺的吸附能力更强。 

但是，纳米碳是疏水性的非极性吸附剂，对非极性有机物具有较强的亲和力，而对极性物质，虽然可以吸附，但吸附能力较弱 。已有研究表明，纳米碳对Pb²⁺的最大吸附量远小于矿物和腐植酸。通过氧化改性调节表面酸性基团含量，可明显增强其对Pb²⁺、Cr³⁺等极性较强的物质的吸附，减弱对极性较弱的有机物质的吸。因此，有目的地对纳米碳进行表面改性，赋予其一些特殊的表面化学性质，从而改变其吸附性能是切实可行的。