CN101261250A - 一种用于土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤重金属吸附/解吸行为的研究，具体地说是一种用于土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的装置，其依次由进样液储存器、多通道蠕动泵、交换柱和流出液自动承接器通过管道串连而成。本发明可以避免重金属再吸附现象，更好地模拟自然条件进行土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究。

Description

一种用于土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的装置

技术领域

本发明涉及土壤重金属吸附/解吸行为的研究，具体地说是一种用于土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的实验装置。

背景技术

随着工农业生产的迅速发展，化肥和农药的不合理使用、三废的排放和矿山开采等活动所导致的土壤重金属污染问题十分突出。目前，重金属污染土壤的治理与修复已成为国内外关注的热点问题。重金属(例如镉、铅、铜、锌、砷等)进入土壤通过吸附/解吸作用、沉淀(共沉淀)/溶解作用、表面络合/离解作用、离子交换作用和固体扩散作用被土壤吸附或从土壤中解吸出来，其吸附/解吸程度与重金属被土壤吸附是否可逆和可逆程度有关，后者控制了重金属发生解吸过程时被活化释放到溶液中重金属的多少，可以认为重金属在土壤中的吸附/解吸行为是影响重金属在环境中的浓度、迁移、转化和毒性的重要过程，因而直接影响到重金属的植物有效性以及人类的生存环境。许多土壤化学过程是具有时间依变性的，为了更好的理解重金属污染物与土壤作用的动力学特征和预测污染物随时间变化的动态归趋，进行吸附/解吸动力学性质的研究显得尤为重要，这将有助于探讨重金属吸附/解吸机制，为土壤重金属污染的修复/治理提供理论依据。

已有有关重金属吸附/解吸动力学过程的研究多采用间歇平衡法，这种方法是将一定质量的土壤置于塑料离心管中，加入一定体积的吸附液或解吸液，于恒温下振荡并在不同时间(例如1分钟、5分钟、10分钟、1小时、4小时、8小时等)取出后离心，过滤后测定上清液中重金属浓度并计算重金属的吸附量或解吸量，绘制重金属吸附量/解吸量随时间的变化曲线。但是该法所采用的实验条件与土壤中的反应条件差距较大，并且由于已经解吸下来的重金属仍然共存于解吸平衡液中，很可能发生重金属再吸附的现象，其结果难以反映自然条件下土壤中的实际过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以避免重金属再吸附现象，更好地模拟自然条件进行土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的实验装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的装置，其依次由进样液储存器、多通道蠕动泵、交换柱和流出液自动承接器通过管道串连而成。

所述管道为连接胶管，进样液储存器内装吸附液或解吸液，固定于蠕动泵通道处的软管一端浸入进样液储存器的液面下，另一端与交换柱相连接，而交换柱的另一端则由连接胶管引出与流出液自动承接器相连，交换柱内填充土样。

所述交换柱为有机玻璃制成的柱状结构，其直径与高度根据不同的研究目的确定；并且交换柱的上、下端口分别设置有尼龙滤膜，通过O型的胶垫将尼龙滤膜固定在交换柱的上、下端口，交换柱两端均设有螺帽，螺帽中心开孔用于与管道连接，螺帽可以密封住交换柱并且夹紧滤膜。

多通道蠕动泵的通道数(单通道或多通道)可根据研究目的、需要进行调整；吸附液/解吸液的进样的速度可根据研究目的、需要进行调整。吸附液/解吸液进入交换柱的进样方式可通过调整交换柱两端软管的连接方式来实现吸附液/解吸液由上至下、由下至上2种进样方式的变换。

本发明具有如下优点：

1.吸附液/解吸液始终处于流动状态，在交换柱内停留一段时间后便流出交换柱，可避免交换柱内已经解吸下来的重金属发生再吸附的现象，并可对吸附/解吸过程中的任意时刻进行监控。

2.通过调整多通道蠕动泵的通道数，便可同步进行土壤重金属吸附/解吸动力学的平行实验，保证了实验条件的一致性；并且可以同时完成不同土壤介质、不同重金属、不同吸附/解吸时间、不同吸附液/解吸液以及吸附液/解吸液的浓度、pH等多种影响因素下的动力学实验。

3.吸附液/解吸液的进样的速度可以模拟自然条件及根据研究目的、需要进行调整，操作十分简便，只需通过调节或设定多通道蠕动泵的流速便可实现。

4.吸附液/解吸液进入交换柱的进样方式灵活、可调，仅需调整交换柱两端软管的连接方式便可实现吸附液/解吸液由上至下、由下至上2种进样方式的变换。

5.交换柱的两端均有放置防止土样流出交换柱的尼龙滤膜，在吸附液/解吸液流入、流出交换柱的过程中均进行了过滤，这样流出液自动承接器内收集的液体可免去传统方法-间歇平衡法中过滤这一步骤，可直接上机测定重金属的浓度。

6.通过调整设定好多通道蠕动泵的流速和流出液自动承接器的换样频率便可以实现自动进样、自动收集样品的过程，使繁杂的实验过程变得简便，节省人力、物力；同时在进行土壤重金属较长时间(例如几天、几个月)的吸附/解吸动力学过程的研究方面，此装置自动进样、自动收集样品的特点不受昼夜限制，可连续工作，其优势更显突出。

附图说明

图1重金属吸附/解吸动力学实验装置示意图。

图2交换柱结构示意图。

图中：1-进样液储存器，2-多通道蠕动泵，3-交换柱，4-连接胶管，5-流出液自动承接器，6-有机玻璃管，7-螺帽，8-尼龙滤膜，9-O型的胶垫。

具体实施方式

参见图1所示，一种用于土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的实验装置。该实验装置是由进样液储存器1、多通道蠕动泵2(入口和出口二端附带软管)、交换柱3、连接胶管4和流出液自动承接器5五部分组成，进样液储存器1、多通道蠕动泵2、交换柱3和流出液自动承接器5通过连接胶管4串接。将吸附液或解吸液放入进样液储存器1中，并将安装固定于多通道蠕动泵2通道处的软管一端浸入进样液储存器1的液面下，另一端与交换柱3相连接，而交换柱3的另一端则由连接胶管4引出与流出液自动承接器5相连。交换柱3结构的示意图由图2所示。交换柱3的柱体是有机玻璃管6，其直径与高度根据不同的研究目的确定；尼龙滤膜8通过O型的胶垫9分别固定在交换柱3的上、下端口，交换柱3两端均设有螺帽7，螺帽中心开孔用于与管道连接，螺帽7用套扣螺紧后可以密封住交换柱3并且夹紧尼龙滤膜8。

在实验过程中，首先选择多通道蠕动泵2的通道数(可根据研究目的与需要选择单通道或多通道，图1是蠕动泵通道数为1，即单通道的示意图，也根据研究的目的与需要选择多通道)并安装好软管，同时预先设置好多通道蠕动泵2的流速。将土样放入交换柱3内并拧紧两端的螺帽7，接下来根据所要研究的动力学过程的时间确定并调节好流出液自动承接器5的换样频率。多通道蠕动泵2的软管一端浸于进样液储存器1的液面下，另一端与交换柱3连接好，交换柱3的另一端则由连接胶管4引出与流出液自动承接器5相连。实验开始时，吸附液/解吸液通过多通道蠕动泵2的作用而进入交换柱3，并与其中的土样发生吸附/解吸反应，而流出液自动承接器5则在规定的反应时间自动收集流出液。动力学反应是在第一滴液体流出时开始计时的，通过测定不同反应时间内流出液自动承接器的样品中重金属的浓度，通过计算，便可了解土壤重金属吸附量/解吸量随时间的动态变化。

本发明装置在实际应用中能最大限度的避免解吸液中重金属再吸附现象的发生；吸附液/解吸液的进样的速度可以模拟自然条件以及根据研究目的、需要进行调整，并且通过增加蠕动泵的通道数便可同时进行不同土壤介质、不同重金属、不同吸附/解吸时间、不同吸附液/解吸液以及吸附液/解吸液的浓度、pH等多种影响因素下的动力学实验，方法简单，操作十分简便。

Claims (3)

1. 一种用于土壤重金属吸附/解吸动力学过程研究的装置，其特征在于：其依次由进样液储存器、多通道蠕动泵、交换柱和流出液自动承接器通过管道串连而成。

2. 按照权利要求1所述装置，其特征在于：所述管道为连接胶管，进样液储存器内装吸附液或解吸液，固定于多通道蠕动泵通道处的软管一端浸入进样液储存器的液面下，另一端与交换柱相连接，而交换柱的另一端则由连接胶管引出与流出液自动承接器相连，交换柱内填充土样。

3. 按照权利要求1或2所述装置，其特征在于：所述交换柱为有机玻璃制成的柱状结构，并且交换柱的上、下端口分别设置有尼龙滤膜，尼龙滤膜通过O型的胶垫固定在交换柱的上、下端口，交换柱两端均设有螺帽，螺帽中心开孔用于与管道连接，螺帽可以密封住交换柱并且夹紧尼龙滤膜。

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