鳳眼蓮秸稈堆肥與鉀素回收及其纖維改性材料的特性研究.pdf

1、鳳眼蓮在全球很多熱帶和亞熱帶水體泛濫成災(zāi)，已被列為世界十大害草之一。要利用鳳眼蓮對水質(zhì)的凈化功能，更重要的是將其生物入侵危害轉(zhuǎn)變成一種資源利用。傳統(tǒng)利用方式能夠利用的鳳眼蓮十分有限，并不能有效緩解其泛濫成災(zāi)的現(xiàn)狀。為此需要找到綜合利用水生植物資源的新/最佳途徑。本文首先研究了鳳眼蓮用作豬糞堆肥原料對堆肥堆制過程和堆肥品質(zhì)形成過程的影響，評價(jià)了其用作堆肥原料的優(yōu)缺點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，開展了利用沉淀方法從鳳眼蓮秸稈提取生物鉀素的工藝研究，和利用

2、鳳眼蓮秸稈纖維素制備重金屬離子吸附劑黃原酸鹽的有關(guān)材料學(xué)研究。主要結(jié)果如下： 1．“豬糞+鳳眼蓮”堆肥處理堆體溫度較高，水分損失較快，40℃以上維持20天，短于“豬糞+泥炭”處理的27天和“豬糞+木屑”處理的45天。堆制過程中，全氮、全磷、全鉀含量均呈上升趨勢；除速效氮和速效氮/全氮呈現(xiàn)下降趨勢外，有效磷、速效鉀及有效磷/全磷、速效鉀/全鉀均呈現(xiàn)增加趨勢?！柏i糞+鳳眼蓮”處理高含量的速效鉀和全鉀與風(fēng)眼蓮含有較高的鉀有關(guān)，這是鳳眼

3、蓮作為堆肥原料的一大優(yōu)勢。鳳眼蓮的高鉀含量也是“豬糞+鳳眼蓮”堆肥處理pH上升幅度最大的重要原因，導(dǎo)致該處理氮素以氨的形式損失最大，相比其它兩個(gè)堆肥處理所獲堆肥速效氮含量最低。由于鳳眼蓮含水很高，堆制過程中多次翻堆后物料易成稀泥狀，堆制完成后風(fēng)干物料，又易成堅(jiān)硬的塊狀。這是鳳眼蓮作為堆肥原料的兩個(gè)缺點(diǎn)。 2．在整個(gè)堆肥制作中，總腐殖質(zhì)(HS)含量和胡敏酸(HA)含量均呈現(xiàn)先下降后上升再穩(wěn)中有降的趨勢，總體表現(xiàn)為增加；HA/HS則

4、上升明顯，這些是堆肥腐熟和品質(zhì)提高的表現(xiàn)。3堆肥處理中，“豬糞+鳳眼蓮”處理pH和CEC增加幅度最大，HA/HS增加幅度最小，這與鳳眼蓮高礦質(zhì)養(yǎng)分含量有關(guān)。堆肥堆制前后pH和HA/HS的變化與堆制前后CEC變化分別呈較好的正相關(guān)和負(fù)相關(guān)，它們可以作為堆制前后交換態(tài)金屬元素含量變化的參考指標(biāo)。 3．除重金屬Cr外，1mol/L NH<,4>Ac-0.05mol/L EDTA浸提的絕大部分金屬離子含量堆制后均有增加，3種堆肥增加幅度

5、的順序?yàn)椋贺i糞+鳳眼蓮>豬糞+木屑>豬糞+泥炭；在3種堆肥成品中，較高含量的重金屬As、Cu主要來源于豬糞原料，風(fēng)眼蓮所帶入的重金屬對堆肥重金屬含量影響較小。 4．以0.8mol/L：HC1按液固比5：1浸提鳳眼蓮莖葉樣30min，鉀浸提率為70.0％；鳳眼蓮莖葉的浸提液在用堿中和至pH=13時(shí)，絕大部分Ca<'2+>、Mg<'2+>隨溶解性有機(jī)質(zhì)沉淀，去除沉渣步驟中鉀得率為88.0％；以低溫(0℃)靜置3h，當(dāng)酒石酸加入的摩爾

6、數(shù)為濾液鉀摩爾數(shù)的1.72倍時(shí)，在固相沉淀中可獲得72.3％的鉀得率，所得粗固體中酒石酸氫鉀含量(或純度)為88.4％?？偟膩砜?，鳳眼蓮莖葉中的鉀在固體產(chǎn)品中的總得率為44.5％。 5．鳳眼蓮的纖維素含量與空心蓮子草、水稻稈相近，但鳳眼蓮苯醇提取物和半纖維素含量高于其它植物秸稈，而木質(zhì)素含量明顯低于其它幾種植物秸稈，特別是其莖葉部。鳳眼蓮莖葉在所有的植物原料中對銅離子的吸附能力最強(qiáng)，而其黃原酸鹽在所有植物原料制備的黃原酸鹽中對銅

7、離子的吸附能力最強(qiáng)，達(dá)165.95±8.27mg/g。堿化處理對各植物原料對銅離子的吸附能力影響不大，甚至?xí)顾鼈冇兴档?，而進(jìn)一步的璜化處理則顯著提高了鳳眼蓮莖葉、鳳眼蓮根、空心蓮子草、水稻稈及微晶纖維素對銅離子的吸附能力。這些黃原酸鹽對銅離子吸附能力的順序?yàn)椋壶P眼蓮莖葉>水稻稈>空心蓮子草>微晶纖維素>鳳眼蓮根。 6．材料的XRD圖譜表明，除了晶型物含量很高的原料，水稻稈和水稻殼外，堿化處理均提高了植物材料的晶型物含量，而進(jìn)

8、一步的璜化處理則由于引入了新的官能團(tuán)，晶型物含量有所降低。材料的熱分析(TGA/DTA)結(jié)果表明，經(jīng)過堿化處理和進(jìn)一步的璜化處理，植物材料的放熱峰向高溫方向移動(dòng)，材料的熱穩(wěn)定性得到逐步提高。水生植物系列材料的纖維素結(jié)構(gòu)降解過程較水稻各系列材料更為復(fù)雜，前者的熱穩(wěn)定性較強(qiáng)。 7．紅外證據(jù)表明，水生植物原料，特別是鳳眼蓮莖葉相對含有更多的吸附活性基團(tuán)。經(jīng)堿化處理后，植物原料中木質(zhì)素、低分子的木聚糖等有機(jī)物質(zhì)基本被除去，全波段紅外吸收

9、峰降低，進(jìn)一步與CS<,2>反應(yīng)后，由于在纖維素1，4-β糖苷鍵單元結(jié)構(gòu)上引入了新的官能團(tuán)-C=S，及-O-CS-S-，黃原酸鹽中出現(xiàn)了新官能團(tuán)的吸收峰。鳳眼蓮莖葉、鳳眼蓮根、空心蓮子草及水稻稈相應(yīng)的黃原酸鹽相比各自堿化纖維素的結(jié)構(gòu)變化明顯，這與它們對銅離子的吸附量顯著高出各自植物原料和堿化纖維素具有一致性。以鳳眼蓮、空心蓮子草以及水稻稈為原料制備纖維素黃原酸鹽具有明顯的優(yōu)勢，而水生植物由于材料的熱穩(wěn)定性更好，相比水稻稈顯示出更大的潛力