一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物及其用途制造技术

本发明专利技术涉及一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物及其用途，其包括仿生叶面、直通外壳、直通中杆，内部填充石灰(CaO)、活性炭、海泡石、沸石等吸附填料。本发明专利技术是一种基于环境地球物理化学和植物水分蒸腾原理的土壤重金属污染治理新技术。利用太阳照射使铝箔发热，加速仿生植物水分吸收和蒸腾，提高重金属有效态向仿生植物的迁移速度，增强修复装置的富集能力，可应用于农田和场地重金属污染治理中。

A Biomimetic Plant Based on Accelerated Transpiration for Removal of Heavy Metal Pollution in Soil and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物及其用途
本专利技术属于仿生植物修复土壤重金属污染
，具体涉及一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物技术，以及仿生植物的制作与在不同重金属污染类型的酸性和碱性土壤中的应用。
技术介绍
值得关注的是土壤中镉、汞、铅和砷等重金属可直接或间接的通过食物链进入人体，威胁人体健康。然而，相对于水污染和大气污染，土壤污染隐蔽性强、自净能力差、风险累积时间长，且由于地域、气候、土壤类型等差异，各地区污染情况截然不同，目前已有的修复技术针对性不强，易造成二次污染。因此，新技术的开发是解决土壤重金属污染修复的关键，也是保障粮食安全和人类生存的基础。土壤重金属污染修复技术分为物理修复、化学修复和生物修复三种方式，现有的修复技术虽然成熟，且已形成修复体系，但是由于重金属污染的复杂性和地域的差异性，修复技术的成熟度和适应性差异较大。客土法为常见的物理修复技术，快速有效，且操作简单，成本低，但是会破坏土壤结构，转移土壤污染风险，降低土壤肥力；常用的化学修复中电动修复技术可利用电迁移和电渗去除污染物，针对性虽强，但修复成本高，另外常见的化学淋洗修复效果虽好，但会破坏土壤功能，造成环境污染；生物修复技术是以利用生物为主体的土壤污染治理技术，包括利用植物、动物和微生物吸收、降解和转化土壤中的污染物，减少其向周围环境的扩散。具有处理费用低，减少场地破坏等优点，但是修复时间漫长，重金属去除效率低。鉴于此，植物仿生修复技术被开发，仿生植物可以模拟植物蒸腾作用，进而去除土壤中的重金属，既环保又廉价。现有的仿生植物多以玻璃纤维丝、布和棉纱作为叶面，蒸腾作用相对较弱；且仿生植物结构为直桶式，通过底部向上输送水分较少，吸附量有限；另外在碱性土壤中由于重金属活性较低，仿生植物去除重金属效率相对较低等问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物技术，提高土壤重金属污染的修复效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，包括仿生叶面、直通中杆、直通外壳和吸附填料，所述的直通外壳包括密封下部、设置毛细孔的进水中部和固定上部，所述的直通中杆的底部与固定上部固定在一起，所述的仿生叶面从直通中杆伸入，插入到直通外壳的底部，所述的直通中杆、密封下部和固定上部与仿生叶面之间的空隙设置吸附填料。优选地：所述的仿生叶面包括纤维叶面和铝箔叶面，所述的纤维叶面由玻璃纤维丝制成，所述的铝箔叶面由铝箔制成，所述的铝箔叶面底部固定在纤维叶面得中上部。优选地：所述的铝箔叶面为扇形叶面。优选地：所述的密封下部为椭圆形不透水的塑料管。优选地：所述的纤维叶面外部包覆有纸、布或带孔的塑料膜等可透水材料。优选地：所述的吸附填料包括石灰(CaO)、活性炭、海泡石、沸石和二氧化钛中的一种或一种以上的混合物。优选地：当需要处理的土壤为酸性土壤时，所述的吸附填料与重量比见下表，。优选地：当需要处理的土壤为碱性土壤时，所述的吸附填料为重量比1:1:1的石灰：海泡石：活性炭。本专利技术也提供了一种南方酸性农田土壤的修复方法，采用本专利技术的仿生植物，包括以下步骤：A.先对待修复污染地块土壤大颗粒粉碎、耙平，直接种植仿生植物，以常规植物浇灌方式进行补水即可，并保持太阳光照射；碱性土壤中，按照常规量施加土壤酸化剂、重金属活化剂后，种植仿生植物，并保持充足的水分和太阳光照射；B.对已吸附重金属污染物的仿生植物，取出装置内填充的吸附填料进行集中处理，并重新更换后，方可再次使用。本专利技术也提供了一种南方碱性农田土壤的修复方法，采用本专利技术的仿生植物，包括以下步骤：A.先对待修复污染地块土壤大颗粒粉碎、耙平，按照常规量施加土壤酸化剂、重金属活化剂后，然后种植仿生植物，以常规植物浇灌方式进行补水即可，并保持充足的水分和太阳光照射；B.对已吸附重金属污染物的仿生植物，取出装置内填充的吸附填料进行集中处理，并重新更换后，方可再次使用。本专利技术的有益效果：基于土壤重金属生物有效性，本专利技术利用太阳能-水-土壤-仿生植物-重金属有效态复合系统。首先水分通过灌溉和降雨进入土壤，仿生植物通过模拟植物根系对土壤水分的吸收和植物叶片的蒸腾作用，带动迁移土壤中的重金属污染物，将土壤中的污染物转移至仿生植物中，被吸附填料吸附固定或钝化材料截留在仿生植物内，使污染物富集固定于修复装置中，降低土壤重金属污染物的浓度，构建加速蒸腾型去除重金属污染仿生植物技术。当前常用仿生植物具有蒸发量小、吸附弱缺点，为此本专利技术中的仿生植物装置做了以下改进：首先，仿生叶片中增加了大面积的金属铝箔叶面，直通中杆由玻璃纤维丝材质构成，形成了加速蒸腾、加速吸热和加速吸水的加速运输系统，从而带动污染物的加速吸附。其次，装置埋在土壤以下的部位，尤其是仿生植物下部侧面构建了细小的毛细孔，扩大了吸附面积。最后，不透水的椭圆形底部，可积累自动向下沉降的污染物，从而增加重金属吸附量。另外，在以往的研究中发现，在酸性土壤中往往重金属生物有效性较高，更易被仿生植物吸附去除，但在碱性土壤种重金属生物有效性则较低，本专利技术中配合使用了重金属活化剂和土壤酸化剂。因此，本专利技术适用于As、Cr、Cu、Mn、Pb、Zn、Cd和Ni8种重金属元素污染的酸性和碱性两种土壤，并提供了一种廉价、环保的加速蒸腾型去除重金属污染仿生植物装置及其使用方法。本专利技术具有的优点：土壤中重金属以有效态形式被植物直接吸收利用，酸性土壤重金属有效态含量高，而碱性土壤重金属有效态含量低。因此，仿生植物在酸性土壤中可以直接种植，而在碱性土壤中需要配合重金属活化剂以及土壤酸化剂提高土壤重金属的有效态含量，来获得较好的修复效果；（2）针对8种重金属元素筛选出效果相对较好的仿生植物吸附填料，针对性强，适用于单一和复合重金属污染土壤；（3）仿生植物顶部的铝箔与直通中杆相连，利用太阳能加热，铝箔发热，加速土壤水分吸收和蒸发，此时下部的水分迅速向上运动以补充，加快重金属有效态向仿生植物的迁移速度，进一步增强吸附填料对重金属的吸收效果；（4）适用性强，周期短，不会出现植物修复中因管理不当植物死亡的情况，另外，所使用的材料价格低廉，易获得，装置简易，使用方便，环保无污染，装置可重复使用无二次污染风险，可广泛应用于被重金属污染的农田和工业场地的土壤修复。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的仿生植物的结构示意图；图2为本专利技术的仿生植物原理图；图中，1为扇形叶面，2为玻璃纤维丝，3为直通中杆，4为吸附填料，5为可透水材料层，6为固定上部，7为进水中部，8为密封下部。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和2所示，一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，其特征在于：包括仿生叶面、直通中杆、直通外壳和吸附填料，所述的直通外壳包括密封下部、设置毛细孔的进水中部和固定上部，所述的直通中杆的底部与固定上部固定在一起，所述的仿生叶面从直通中杆伸入，插入到直通外壳的底部，所述的直通中杆、密封下部和固定上部与仿生叶面之间的空隙设置吸附填料。

【技术特征摘要】
1.一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，其特征在于：包括仿生叶面、直通中杆、直通外壳和吸附填料，所述的直通外壳包括密封下部、设置毛细孔的进水中部和固定上部，所述的直通中杆的底部与固定上部固定在一起，所述的仿生叶面从直通中杆伸入，插入到直通外壳的底部，所述的直通中杆、密封下部和固定上部与仿生叶面之间的空隙设置吸附填料。2.根据权利要求1所述的一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，其特征在于：所述的仿生叶面包括纤维叶面和铝箔叶面，所述的纤维叶面由玻璃纤维丝制成，所述的铝箔叶面由铝箔制成，所述的铝箔叶面底部固定在纤维叶面得中上部。3.根据权利要求2所述的一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，其特征在于：所述的铝箔叶面为扇形叶面。4.根据权利要求1所述的一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，其特征在于：所述的密封下部为椭圆形不透水的塑料管。5.根据权利要求2所述的一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，其特征在于：所述的纤维叶面外部包覆有纸、布或带孔的塑料膜等可透水材料。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于加速蒸腾型去除土壤重金属污染的仿生植物，其特征在于：所述的吸附填料包括石灰(CaO)、活性炭、海泡石和沸石中的一种或一种以上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳佳，杨伟光，蔡斌，陈卫平，刘威，杨阳，王洁琳，
申请(专利权)人：河南清水源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41