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)治理的過程中不會對土壤造成二次污染，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，表面活性劑可以進行二次回收利用，不浪費資源。
【專利說明】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]土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，含重金屬的污染物通過各種途徑進入土壤，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，并可通過食物鏈危害動物和人類的生命和健康。如何用現(xiàn)有的土壤資源來滿足當(dāng)今甚至以后世界的生存和發(fā)展已經(jīng)成為全球的一個熱點問題。對污染的土壤進行處理，具有重要的社會意義。
[0003]重金屬污染不像其它類型的污染可以通過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，長久存在于生物體內(nèi)。且重金屬的毒性較大，對人類的生存健康和環(huán)境安全造成了嚴重的影響。在土壤中常見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，但缺點是具體實施工程量大、投資費用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并且還要對換出的污土進行堆放或處理?；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?；瘜W(xué)修復(fù)法效果和費用適中，對于中度污染區(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驗室模擬階段，尚不能進行大規(guī)?，F(xiàn)場應(yīng)用，且技術(shù)都不夠完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(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?；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；
[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:將連接氣體的毛細管插入到土壤中，插入深度為30-50cm，通過毛細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，用刮板刮除泡沫，所產(chǎn)生的泡沫通過引流裝置引流出來做進一步處理。
[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，通過泡沫攜帶達到較高的去除效率，從而能滿足植物種植標準。本發(fā)明應(yīng)用時，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)明對土壤處理前后的重金屬離子濃度進行測定，計算去除效率；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)明對表面活性劑的親水基團的類型，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行優(yōu)選，達到較好的去除效果。
[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，通過氣體對表面活性劑溶液進行發(fā)泡后，表面活性劑的親水基團與金屬離子發(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，兩個方面共同作用從而達到好的去除效果。
[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)治理的過程中不會對土壤造成二次污染，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、界面效率高，發(fā)泡能力強且攜液能力突出，與土壤中的重金屬離子結(jié)合非常緊密，作用力強烈，因此可以通過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，未結(jié)合的金屬離子也可以被攜帶出來，從而可以間接提高去除效率。
[0025]3、本發(fā)明通過通氣產(chǎn)生泡沫后，浮出土壤的泡沫被移除并被收集后，經(jīng)處理，表面活性劑可以進行二次回收利用，不浪費資源。
[0026]4、本發(fā)明方法操作簡單，成本低廉且去除效果好，對金屬離子選擇性廣，對環(huán)境沒有二次污染。
[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，對不同的重金屬離子具有適應(yīng)性，抗鹽性好，對地層礦化度的適應(yīng)性好。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不僅限于此。
[0029]實施例中所用原料均為常規(guī)原料，市購產(chǎn)品。
[0030]實施例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)通過對初始特定土壤中Cd2+濃度測定，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；將毛細管插入土壤中，插入深度為30cm ;將毛細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)鼓入氣體對表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0034]終點的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0035]對土壤進行重金屬離子濃度的測定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法》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行離子濃度的分析測定，并計算去除效率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)通過對初始特定土壤中Cd2+濃度測定，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；將毛細管插入土壤中，插入深度為40cm ;將毛細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)鼓入氣體對表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0040]終點的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0041]對土壤進行重金屬離子濃度的測定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法》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行離子濃度的分析測定，并計算去除效率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)通過對初始特定土壤中Ni2+濃度測定，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；將毛細管插入土壤中，插入深度為30cm ;將毛細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)鼓入氣體對表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0046]終點的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0047]對土壤進行重金屬離子濃度的測定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法》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行離子濃度的分析測定，并計算去除效率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?；；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)通過對初始特定土壤中Ni2+濃度測定，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；將毛細管插入土壤中，插入深度為40cm ;將毛細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)鼓入氣體對表面活性劑溶液發(fā)泡直至不能產(chǎn)生泡沫為止。
[0052]終點的泡沫攜液量(體積比)為30%，所生成的泡沫用刮板刮除，對表面活性劑和重金屬離子回收處理再利用。
[0053]對土壤進行重金屬離子濃度的測定，根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法》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行離子濃度的分析測定，并計算去除效率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、甲基月桂酰基?；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:將連接氣體的毛細管插入到土壤中，插入深度為30-50cm，通過毛細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、隊或02。
【文檔編號】B09C1/04GK103909090SQ201410175852
【公開日】2014年7月9日 申請日期: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 申請人:山東大學(xué)