一种缓释Ca制造技术

本发明专利技术公开了一种缓释Ca

【技术实现步骤摘要】
一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料的制备和应用方法
本专利技术涉及一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料的制备和应用方法，属于环境功能材料和土壤修复领域。本专利技术涉及土壤修复、土壤调控、复合材料、重金属污染治理等
具体涉及一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料的制备和应用方法。
技术介绍
长江两岸土壤是重金属镉元素的相对富集区，镉严重超标已影响到某些食用植物的卫生安全，同时也影响了一些地区农产品的出口创汇。镉是自然界中广泛存在的一种致癌、致畸胎和致病变的有毒重金属元素，它使人体中多种酶系统的有效态受到抑制，从而使肝、肾等组织中的酶系统正常功能受损，同时还干扰铜、钴和锌在体内的代谢，产生毒性【EnvironmentalHealthPerspectives,2012,120(2):284-289】。镉极易在土壤中富集，镉进入土壤后主要集中于土壤表层，一般在0-15cm。镉在土壤中的存在形态有水溶态、可交换态、碳酸盐态、有机结合态、铁锰氧化态及硅酸态等6种形态。土壤镉按来源可分为内源镉和外源镉两部分，内源镉主要以有机结合态为主，而外源镉主要以残渣态和交换态为主【农业环境科学学报,2003,22(5):541-545】。影响镉在土壤中转化的因素很多，土壤pH值和钙是影响镉形态的主要因素。土壤pH值对土壤镉形态的影响主要表现在3个方面：第一，土壤pH值直接影响镉在土壤中的形态；第二，pH值影响土壤对镉的吸附与解吸；第三，pH值影响土壤溶液中重金属元素离子活度。水溶态和交换态镉含量随着酸度变化原因主要是：(1)pH值升高，土壤中的黏土矿物、水合氧化物和有机质表面的负电荷增加，对重金属离子的吸附力加强；(2)土壤有机质-金属络合物的稳定性随pH值的升高而增大，导致溶液中Cd2+浓度降低；(3)Cd2+在氧化物表面的吸附随pH值的升高而增强；(4)pH值升高,土壤溶液中多价阳离子和氢氧根离子的离子积增大，生成该元素的Cd(OH)2沉淀的机会增大，致使其在溶液中的浓度降低；(5)随着pH值升高，土壤溶液中铁、铝、镁离子浓度减小，使土壤有利于吸附Cd2+。Cd2+的理论浓度随着土壤pH值的上升而下降，因此，可通过调节土壤的酸碱度，达到控制土壤溶液Cd2+浓度的目的【ChineseJournalofEcology,2015,34(1):130-137】。外源钙在植物抵抗外界逆境胁迫中具有重要的作用，它可以减轻重金属对植物所造成的伤害。镉离子与钙离子的半径接近，二者的化学性质类似，Ca2+和Cd2+能够同时被植物的根系吸收，存在着竞争关系，尤其在Ca2+浓度较高的情况下，Cd2+的吸收就会明显受到抑制。钙提高植物耐镉性的机制可能有两个方面：一是钙使植物细胞的结构更加稳固；二是钙间接影响细胞的保护系统，使有效态氧等有害自由基的代谢保持平衡，钙信使系统可能参与了植物耐镉基因表达的调控。尽管Ca2+能显著减轻镉对植物的毒害效应，但是直接加入Ca2+容易造成局部盐浓度过高，土壤板结，且Ca2+易流失。目前主要通过加入硅酸钙、碳酸钙、熟石灰、硅酸镁钙等。这些物质不仅能提高土壤钙含量，还可以提高土壤pH值。其中施用熟石灰成本最低，对降低植物的镉含量具有较好效果，但施入石灰会使土壤不适于种植多作物，且上述物质不能吸附有效态Cd，对土壤保湿效果差，且钙离子释放不可控。如何在增加土壤Ca提升pH的同时高效去除活性Cd是调控土壤环境质量的关键问题。海藻酸来源于褐色海藻，是一种天然阴离子多糖类天然高分子。其分子链段由β-1，4-甘露糖醛酸(M)和α-1，4-L-古洛糖醛酸(G)无规排列而构成。海藻酸钠通常情况下为白色或淡黄色粉末，易溶于水，吸湿性强，持水性能好，可生物降解；其稳定性在pH值为6至11时较好，pH值低于5时会形成海藻酸凝胶。海藻酸钠具有很高的离子交换功能，分子链中的G段能够和二价阳离子如钙离子发生络合反应，形成水凝胶，该凝胶在水中能够发生溶胀，释放钙离子。海藻酸钙水凝胶可以通过离子交换作用结合去除重金属离子。海藻酸钠与二价金属离子的结合能力顺序如下：Pb2+>Cu2+>Ba2+>Cd2+>Ca2+>Co2+>Ni2+>Zn2+>Mn2+>Mg2+。海藻酸钙对溶液中的Cd2+具有较好的去除效果，且在离子交换的同时释放出来钙离子。海藻酸钙水凝胶过滤膜对ppm浓度的重金属离子具有接近100％的去除率【Waterscienceandtechnology,2017,75(10):2322-2330】。但是由于海藻酸钙水凝胶的溶胀性能不可控，造成修复效果的稳定性较差。硅酸钙已被证明可以有效降低土壤的pH，硅酸钙结构中硅-氧键在外界H+的作用下断裂，Ca2+通过质子交换释放到溶液中，在硅酸钙表层形成Si-OH硅胶层【ActaBiomaterialia,2009,5:1686-1696】。CaSiO3/CaAlg复合水凝胶膜制备和应用方法简单，绿色环保，没有用到任何有机溶剂，可望用于土壤中的镉污染修复。本专利技术公开了一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料的制备和应用方法。配制硅酸钠、海藻酸钠和羧甲基壳聚糖的混合物水溶液，将该混合物水溶液涂覆到表面接枝羧基官能团的无纺布纤维膜上，然后浸泡到可溶性钙盐水溶液中交联，得到负载硅酸钙/海藻酸钙/羧甲基壳聚糖的无纺布复合材料。将该复合材料埋置到土壤中，硅酸钙与土壤中的氢离子反应提高土壤的pH值，同时释放Ca2+，生成介孔SiO2。海藻酸钙吸附Cd2+，并且缓释Ca2+，较高浓度的Ca2+抑制了农作物对Cd2+的吸收，降低土壤中Cd活性。本专利技术的复合材料能同时降低Cd活性并提高土壤pH值，羧甲基壳聚糖的抑菌作用使材料可长期使用，作为载体的无纺布方便土壤修复的实际操作，具有良好的应用前景。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是镉严重超标、钝化材料难以长期使用、土壤中Cd活性调控困难等问题。本专利技术解决所述镉严重超标、钝化材料难以长期使用、土壤中Cd活性调控困难等问题的技术方案是提供一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料的制备和应用方法。本专利技术提供了一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料的制备和应用方法，其特征是包括以下步骤：a)首先对无纺布纤维膜整理改性，得到接枝羧基的无纺布纤维膜；b)配制质量百分比浓度0.1％-15％的硅酸钠、质量百分比浓度0.2％-10％的海藻酸钠和质量百分比浓度0.2％-10％的羧甲基壳聚糖的混合物水溶液；c)配制质量百分比浓度0.2％-10％的可溶性钙盐水溶液；d)将步骤b)得到的混合物水溶液涂覆到步骤a)得到的接枝羧酸功能团的无纺布纤维膜上，然后立即放入步骤c)得到的可溶性钙盐水溶液浸泡10-600min，钙离子同时交联海藻酸钠上的羧基，无纺布纤维膜上的羧基和羧甲基壳聚糖上的羧基，得到接枝在无纺布上的水凝胶；同时钙离子与步骤b)得到的混合物水溶液中的硅酸钠反应生成硅酸钙，得到一种缓释Ca2+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓释Ca

【技术特征摘要】
1.一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料的制备和应用方法，其特征是包括以下步骤：
a)首先对无纺布纤维膜整理改性，得到接枝羧基的无纺布纤维膜；
b)配制质量百分比浓度0.1％-15％的硅酸钠、质量百分比浓度0.2％-10％的海藻酸钠和质量百分比浓度0.2％-10％的羧甲基壳聚糖的混合物水溶液；
c)配制质量百分比浓度0.2％-10％的可溶性钙盐水溶液；
d)将步骤b)得到的混合物水溶液涂覆到步骤a)得到的接枝羧酸功能团的无纺布纤维膜上，然后立即放入步骤c)得到的可溶性钙盐水溶液浸泡10-600min，钙离子同时交联海藻酸钠上的羧基，无纺布纤维膜上的羧基和羧甲基壳聚糖上的羧基，得到接枝在无纺布上的水凝胶；同时钙离子与步骤b)得到的混合物水溶液中的硅酸钠反应生成硅酸钙，得到一种缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料，将其冷冻干燥保存；
e)在土壤修复使用前，先将步骤d)得到的冷冻干燥后的缓释Ca2+调控土壤中Cd活性的复合材料浸泡在去离子水中使该复合材料充分吸水软化，这样方便操作，避免直接使用冷冻干燥后的复合材料因太脆造成破损；
f)将步骤e)得到的充分吸水软化的复合材料埋置到Cd污染的土壤中，复合材料中的硅酸钙与土壤中的氢离子反应提高土...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铁亮，周其文，刘潇威，赵孔银，魏俊富，赵玉杰，张闯闯，
申请(专利权)人：农业农村部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：天津;12