一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法。先將表面活性劑與水混合，攪拌均勻，配制成表面活性劑溶液；再將表面活性劑溶液注入到土壤中，向土壤中鼓入氣體使得表面活性劑溶液發(fā)泡直至無(wú)泡沫產(chǎn)生。本發(fā)明在重金屬離子污染土壤的修復(fù)治理的過(guò)程中不會(huì)對(duì)土壤造成二次污染，使被污染的土壤得到去除重金屬離子的凈化效果；通過(guò)通氣產(chǎn)生泡沫后，浮出土壤的泡沫被移除并被收集后，經(jīng)處理，表面活性劑可以進(jìn)行二次回收利用，不浪費(fèi)資源。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種利用表面活性劑形成的水基泡沬去除土壤中重金屬離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，屬于環(huán)境化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤是人類(lèi)賴(lài)以生存的主要自然資源之一，也是人類(lèi)生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，含重金屬的污染物通過(guò)各種途徑進(jìn)入土壤，造成土壤中相應(yīng)重金屬元素的富集。土壤污染不但影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，而且涉及大氣和水環(huán)境質(zhì)量，并可通過(guò)食物鏈危害動(dòng)物和人類(lèi)的生命和健康。如何用現(xiàn)有的土壤資源來(lái)滿(mǎn)足當(dāng)今甚至以后世界的生存和發(fā)展已經(jīng)成為全球的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)污染的土壤進(jìn)行處理，具有重要的社會(huì)意義。
[0003]重金屬污染不像其它類(lèi)型的污染可以通過(guò)生物降解和生物鏈的循環(huán)而減弱或者消失。重金屬污染極易在生物鏈中富集放大，長(zhǎng)久存在于生物體內(nèi)。且重金屬的毒性較大，對(duì)人類(lèi)的生存健康和環(huán)境安全造成了嚴(yán)重的影響。在土壤中常見(jiàn)的有毒重金屬離子主要包括 Zn2+，Cu2+, Ni2+，Hg2+，Cd2+, Pb2+ 和 Cr3+。
[0004]目前土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要有工程物理法、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)、微生物修復(fù)等。工程物理法是比較經(jīng)典的土壤重金屬污染治理措施，它具有治理徹底的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是具體實(shí)施工程量大、投資費(fèi)用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并且還要對(duì)換出的污土進(jìn)行堆放或處理?；瘜W(xué)修復(fù)法是向污染土壤中投入改良劑、抑制劑，增加土壤有機(jī)質(zhì)，改變PH等理化性質(zhì)，使土壤重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制等作用，以降低重金屬的生物有效性。化學(xué)修復(fù)法效果和費(fèi)用適中，對(duì)于中度污染區(qū)具有較好的改良作用。但若處理不當(dāng)，容易再度活化，會(huì)造成二次污染。生物修復(fù)是利用微生物或植物的生命代謝獲得，將土壤環(huán)境中的危害性污染物降解成二氧化碳和水或其他無(wú)公害物質(zhì)的工程技術(shù)。微生物修復(fù)是利用土壤中的某些微生物對(duì)重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用，從而降低土壤中重金屬毒性的技術(shù)。生物修復(fù)和微生物修復(fù)的研究大部分處于實(shí)驗(yàn)室模擬階段，尚不能進(jìn)行大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，且技術(shù)都不夠完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，步驟如下:
[0008](I)將表面活性劑與水混合，于25?40°C攪拌均勻，配制成摩爾濃度為(7.0?10.5)mmol/L的表面活性劑溶液；
[0009]所述的表面活性劑的分子中含有帶電的極性親水基和碳鏈長(zhǎng)度為8-24的疏水基;
[0010](2)將表面活性劑溶液注入到土壤中，向土壤中鼓入氣體使得表面活性劑溶液發(fā)泡，所述的氣體的流速為0.5?lL/min，不斷鼓入氣體并去除土壤表面的泡沫直至無(wú)泡沫產(chǎn)生。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(I)中所述的表面活性劑的分子中還含有EO基和/或擬基；所述的帶電的極性未水基為硫酸酷基、橫酸基、竣酸基和/或酸胺基；
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的表面活性劑為燒基硫酸鹽、燒基竣酸鹽、氣基酸鹽、竣基甜菜堿、烷基聚醚羧酸鹽、烷基酰胺牛磺酸鹽、烷基磺酸鹽、磺基甜菜堿、烷基三甲基溴化銨、烷基醇酰胺中的一種或兩種以上混合；
[0013]更優(yōu)選的，所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十三烷醇聚醚-4-羧酸鈉、十三烷醇聚醚-4-羧酸、月桂酰谷氨酸鈉、椰油酰肌氨酸鈉、甲基月桂?；；撬徕c中的一種或兩種以上混合。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(I)中所述的攪拌溫度為25-30°C，所述的表面活性劑的摩爾濃度為8-9mmol/L。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(I)中控制所述的表面活性劑與土壤中的重金屬離子的摩爾比為(5?20):1。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中所述的向土壤中鼓入氣體的方式為:將連接氣體的毛細(xì)管插入到土壤中，插入深度為30-50cm，通過(guò)毛細(xì)管向土壤中鼓入氣體；優(yōu)選的，所述的氣體為空氣、煙道氣、C02、N2或02。
[0017]本發(fā)明將表面活性劑溶液注入到土壤中并鼓入氣體，在氣體作用下表面活性劑溶液產(chǎn)生泡沫，可以在當(dāng)產(chǎn)生泡沫的攜液量(體積比)30% -50%時(shí)，用刮板刮除泡沫，所產(chǎn)生的泡沫通過(guò)引流裝置引流出來(lái)做進(jìn)一步處理。
[0018]本發(fā)明可應(yīng)用于被低濃度重金屬離子或者農(nóng)藥化肥等污染的土壤，通過(guò)泡沫攜帶達(dá)到較高的去除效率，從而能滿(mǎn)足植物種植標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明應(yīng)用時(shí)，所述表面活性劑可耐受的鹽度范圍是:總礦化度0-80000ppm。
[0019]本發(fā)明對(duì)土壤處理前后的重金屬離子濃度進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算去除效率；去除效率η=(C1-C2VC1,其中C1是初始重金屬離子的含量，C2是發(fā)泡結(jié)束后剩余重金屬離子的含量。本發(fā)明對(duì)表面活性劑的親水基團(tuán)的類(lèi)型，表面活性劑與金屬離子的摩爾比，表面活性劑溶液濃度等進(jìn)行優(yōu)選，達(dá)到較好的去除效果。
[0020]本發(fā)明的原理:
[0021]本發(fā)明把土壤本身看成孔隙介質(zhì)，利用表面活性劑的兩親性，通過(guò)氣體對(duì)表面活性劑溶液進(jìn)行發(fā)泡后，表面活性劑的親水基團(tuán)與金屬離子發(fā)生電性相互作用，被吸附在泡沫氣液界面上，通過(guò)上浮的氣泡將重金屬離子帶出土壤；再者泡沫液膜中有多余空間可以攜帶未與表面活性劑反應(yīng)的金屬離子，兩個(gè)方面共同作用從而達(dá)到好的去除效果。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]1、本發(fā)明在重金屬離子污染土壤的修復(fù)治理的過(guò)程中不會(huì)對(duì)土壤造成二次污染，使被污染的土壤得到去除重金屬離子的凈化效果。
[0024]2、本發(fā)明采用的表面活性劑的極性親水基親水性強(qiáng)、界面效率高，發(fā)泡能力強(qiáng)且攜液能力突出，與土壤中的重金屬離子結(jié)合非常緊密，作用力強(qiáng)烈，因此可以通過(guò)上浮的泡沫將重金屬離子帶出土壤。而且泡沫液膜攜液能力強(qiáng)，未結(jié)合的金屬離子也可以被攜帶出來(lái)，從而可以間接提高去除效率。
[0025]3、本發(fā)明通過(guò)通氣產(chǎn)生泡沫后，浮出土壤的泡沫被移除并被收集后，經(jīng)處理，表面活性劑可以進(jìn)行二次回收利用，不浪費(fèi)資源。
[0026]4、本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉且去除效果好，對(duì)金屬離子選擇性廣，對(duì)環(huán)境沒(méi)有二次污染。
[0027]5、本發(fā)明表面活性劑形成的水基泡沫具有定向、攜帶作用，使用濃度低，對(duì)不同的重金屬離子具有適應(yīng)性，抗鹽性好，對(duì)地層礦化度的適應(yīng)性好。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不僅限于此。
[0029]實(shí)施例中所用原料均為常規(guī)原料，市購(gòu)產(chǎn)品。
[0030]實(shí)施例1
[0031]一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，步驟如下:
[0032](I)將表面活性劑十二烷基硫酸鈉與水混合，于25°C攪拌均勻，配制成IOOOml摩爾濃度為7mmol/L的表面活性劑溶液；
[0033](2)通過(guò)對(duì)初始特定土壤中Cd2+濃度測(cè)定，按表面活性劑與土壤中的Cd2+的摩爾比為10:1將表面活性劑溶液注入到土壤中；將毛細(xì)管插入土壤中，插入深度為30cm ;將毛細(xì)管一端連接氣體鼓入裝置，氣體選擇為N2，氣流速度為0.5L/min，持續(xù)鼓入氣體對(duì)表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0034]終點(diǎn)的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對(duì)表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0035]對(duì)土壤進(jìn)行重金屬離子濃度的測(cè)定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨爐原子吸收分光光度法進(jìn)行離子濃度的分析測(cè)定，并計(jì)算去除效率n = (C1-C2)/C1，結(jié)果顯示該方法去除Cd2+的效率為99.9%。
[0036]實(shí)施例2
[0037]—種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，步驟如下:
[0038](I)將表面活性劑十三烷醇聚醚-4-羧酸鈉與水混合，于30°C攪拌均勻，配制成IOOOml摩爾濃度為8mmol/L的表面活性劑溶液；
[0039](2)通過(guò)對(duì)初始特定土壤中Cd2+濃度測(cè)定，按表面活性劑與土壤中的Cd2+的摩爾比為10:1將表面活性劑溶液注入到土壤中；將毛細(xì)管插入土壤中，插入深度為40cm ;將毛細(xì)管一端連接氣體鼓入裝置，氣體選擇為空氣，氣流速度為0.8L/min，持續(xù)鼓入氣體對(duì)表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0040]終點(diǎn)的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對(duì)表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0041]對(duì)土壤進(jìn)行重金屬離子濃度的測(cè)定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨爐原子吸收分光光度法進(jìn)行離子濃度的分析測(cè)定，并計(jì)算去除效率n = (C1-C2)/C1，結(jié)果顯示該方法去除Cd2+的效率為99.8%。
[0042]實(shí)施例3[0043]一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，步驟如下:
[0044](I)將表面活性劑十三烷醇聚醚-4-羧酸和月桂酰谷氨酸鈉(質(zhì)量比為2:8)與水混合，于30°C攪拌均勻，配制成IOOOml總摩爾濃度為8mmol/L的表面活性劑溶液；
[0045](2)通過(guò)對(duì)初始特定土壤中Ni2+濃度測(cè)定，按表面活性劑與土壤中的Ni2+的摩爾比為15:1將表面活性劑溶液注入到土壤中；將毛細(xì)管插入土壤中，插入深度為30cm ;將毛細(xì)管一端連接氣體鼓入裝置，氣體選擇為空氣，氣流速度為lL/min，持續(xù)鼓入氣體對(duì)表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0046]終點(diǎn)的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對(duì)表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0047]對(duì)土壤進(jìn)行重金屬離子濃度的測(cè)定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨爐原子吸收分光光度法進(jìn)行離子濃度的分析測(cè)定，并計(jì)算去除效率n = (C1-C2)/C1，結(jié)果顯示該方法去除Ni2+的效率為99.9%。
[0048]實(shí)施例4:
[0049]一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，步驟如下:
[0050](I)將表面活性劑椰油酰肌氨酸鈉和甲基月桂酰基?；撬徕c(質(zhì)量比為1:1)與水混合，于25°C攪拌均勻，配制成IOOOml總摩爾濃度為7mmol/L的表面活性劑溶液；
[0051](2)通過(guò)對(duì)初始特定土壤中Ni2+濃度測(cè)定，按表面活性劑與土壤中的Ni2+的摩爾比為20:1將表面活性劑溶液注入到土壤中；將毛細(xì)管插入土壤中，插入深度為40cm ;將毛細(xì)管一端連接氣體鼓入裝置，氣體選擇為N2，氣流速度為lL/min，持續(xù)鼓入氣體對(duì)表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0052]終點(diǎn)的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對(duì)表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0053]對(duì)土壤進(jìn)行重金屬離子濃度的測(cè)定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨爐原子吸收分光光度法進(jìn)行離子濃度的分析測(cè)定，并計(jì)算去除效率n = (C1-C2)/C1，結(jié)果顯示該方法去除Ni2+的效率為99.9%。
【權(quán)利要求】
1.一種利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，步驟如下: (1)將表面活性劑與水混合，于25?40°C攪拌均勻，配制成摩爾濃度為(7.0?10.5)mmol/L的表面活性劑溶液； 所述的表面活性劑的分子中含有帶電的極性親水基和碳鏈長(zhǎng)度為8-24的疏水基； (2)將表面活性劑溶液注入到土壤中，向土壤中鼓入氣體使得表面活性劑溶液發(fā)泡,所述的氣體的流速為0.5?lL/min，不斷鼓入氣體并去除土壤表面的泡沫直至無(wú)泡沫產(chǎn)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，其特征在于，步驟⑴中所述的表面活性劑的分子中還含有EO基和/或羰基；所述的帶電的極性親水基為硫酸酯基、磺酸基、羧酸基和/或酰胺基。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(I)中所述的表面活性劑為烷基硫酸鹽、烷基羧酸鹽、氨基酸鹽、羧基甜菜堿、烷基聚醚羧酸鹽、烷基酰胺?；撬猁}、烷基磺酸鹽、磺基甜菜堿、烷基三甲基溴化銨、烷基醇酰胺中的一種或兩種以上混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(I)中所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十三烷醇聚醚-4-羧酸鈉、十三烷醇聚醚-4-羧酸、月桂酰谷氨酸鈉、椰油酰肌氨酸鈉、甲基月桂?；；撬徕c中的一種或兩種以上混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(I)中所述的攪拌溫度為25-30°C，所述的表面活性劑的摩爾濃度為 H-Qmmol/I,η
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(I)中控制所述的表面活性劑與土壤中的重金屬離子的摩爾比為(5 ?20):1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的向土壤中鼓入氣體的方式為:將連接氣體的毛細(xì)管插入到土壤中，插入深度為30-50cm，通過(guò)毛細(xì)管向土壤中鼓入氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用表面活性劑形成的水基泡沫去除土壤中重金屬離子的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的氣體為空氣、煙道氣、0)2、隊(duì)或02。
【文檔編號(hào)】B09C1/04GK103909090SQ201410175852
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】李英, 路建 申請(qǐng)人:山東大學(xué)