CN103599924A - 用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及表面活性剂，旨在提供用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂及其配制方法。该用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，包括步骤：进行正交实验确定最佳实验条件；在确定的最佳实验条件下，分别进行如下单一脱附剂和复合型脱附剂对柴油脱附效果的比较实验，选出土壤的柴油脱附率最高的一组，该组的复合型脱附剂即为用于处理柴油污染土壤的新型复合型脱附剂，由十二烷基硫酸钠、皂角苷、硅酸钠和水组成。本发明的新型脱附剂不仅具有范围广、处理效率高、原料广泛而廉价等特点，同时也兼具对环境友好的特点，适用于推广使用。采用该新型脱附剂对柴油污染土壤进行处理，不仅能降低了对土壤的二次污染，而且具有较高的柴油脱附率。
Description
技术领域
本发明是关于表面活性剂，特别涉及用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂及其配制方法。
背景技术
柴油广泛用于大型车辆、船舰，作为一种重要的石油产品，柴油将发挥越发重要的作用。但在柴油的加工、使用及运输过程中不可避免的会造成溢洒及泄漏事故,是造成土壤污染的主要污染物。柴油污染严重破坏土壤环境，威胁地下水安全以至影响人体健康。柴油类污染物多属于疏水性有机污染物（HOC），能长时间地存在于土壤基质中，且释放非常缓慢。目前国内外处理柴油污染土壤采用过物理类方法、生物类方法等。其中物理方法简单易行，但不能从根本上减少污染，而且容易造成土壤的二次污染。生物类方法对环境友好程度高，但是该方法须优化选种，受生长周期限制明显。当前，化学类方法中关于表面活性剂修复柴油污染土壤的方法得到了广泛的研究。
近年来，关于柴油污染土壤的研究越来越多，人们除了希望使用的表面活性剂能降低柴油污染的程度，更多地开始关注使用的表面活性剂对土壤的二次污染。目前修复柴油污染土壤的表面活性剂主要有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及阴-非复合表面活性剂。不同的表面活性剂在土壤中具有不同的特性。其中阳离子表面活性剂因土壤带负电荷而易被土壤吸附，大大降低其修复效率，所以采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂溶解性好，易于降解，但容易与土壤中的二价阳离子（Ca2+、Mg2+）发生络合反应，降低了修复的效率。非离子表面活性剂有更强的增容能力，但在土壤上吸附损失较为严重，同样降低了修复的效率。而阴离子-非离子复合表面活性剂具有较高的洗脱效率，而且阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂的配比能有效的改善土壤对非离子表面活性剂的吸附，但是长期使用仍然会有引入较多污染物，造成土壤二次污染。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够提高柴油脱附率的同时，又能减少环境污染的新型表面活性剂及其配制方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，具体包括以下步骤：
步骤A：进行正交实验确定最佳实验条件：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，且每组土壤的柴油含量相同，每组土壤用相同且等量的脱附剂来进行土壤脱附柴油实验，根据助剂浓度、温度和震荡时间来进行正交实验设计；其中，助剂浓度是指实验中加入的助剂在超纯水、助剂和脱附剂的混合溶液中的浓度，温度是指实验中需要被震荡的物质进行震荡操作时的温度，震荡时间是指实验中的震荡时间，脱附剂采用任意一种能用于柴油污染土壤中柴油脱附的脱附剂；实验结束后，选出土壤的柴油脱附率最高的一组，将该组的助剂浓度、温度和震荡时间确定为最佳实验条件；
步骤B：在步骤A中确定的最佳实验条件下，并确定至少3个比较浓度值，分别进行如下脱附剂对柴油脱附效果的比较实验：
a：取至少6组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的十二烷基硫酸钠（SDS）、TX-100，进行单一脱附剂的土壤脱附柴油实验，记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
b：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为5∶5的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷（Saponin）的质量比为5∶5的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为5∶5的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
c：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为6∶4的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷的质量比为6∶4的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为6∶4的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
d：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为8∶2的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷的质量比为8∶2的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为8∶2的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
步骤C：比较步骤B中的各组实验结束后的土壤柴油脱附率，选出土壤的柴油脱附率最高的一组，该组的复合型脱附剂的组成、组成质量比和浓度，即为用于处理柴油污染土壤的新型复合型脱附剂的配制结果；
所述土壤脱附柴油实验的操作步骤包括：取被柴油污染的土壤、超纯水、助剂和脱附剂加入到塑料离心管中，在台式震荡器中进行震荡，然后在离心机中以3000r/min离心10min，弃去液相得到土壤，将土壤放在烘箱中以70℃烘干；称取烘干后的土壤于玻璃离心管中，添加三氯甲烷，使土壤和三氯甲烷的比例为2g：10mL，在50℃下以50KHz功率的超声萃取20min，然后以3000r/min离心20min得到上清液和土壤沉淀，取土壤沉淀再次添加三氯甲烷，使土壤沉淀和三氯甲烷的比例为2g：10mL，在50℃下以50KHz功率的超声萃取20min，然后以3000r/min离心20min得到上清液和土壤沉淀；将两次离心得到的上清液合并于三角瓶中，再在70℃下水浴加热除去三氯甲烷即得到柴油，将柴油冷却至室温，称量柴油的质量，根据原来被柴油污染的土壤中的柴油含量，计算得到柴油脱附率。
作为进一步的改进，所述步骤A中，采用助剂浓度1g/L、3g/L、5g/L，温度50℃、60℃、70℃，震荡时间40min、50min、60min，进行正交实验设计。
作为进一步的改进，所述步骤A中确定的最佳实验条件为助剂浓度为5g/L，温度为70℃，震荡时间为50min。
作为进一步的改进，所述助剂是硅酸钠。
作为进一步的改进，所述步骤B中的比较浓度值是1g/L、3g/L、5g/L。
提供基于所述的配制方法配制的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂，包括十二烷基硫酸钠，所述用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂由十二烷基硫酸钠、皂角苷、硅酸钠和水组成，十二烷基硫酸钠与皂角苷的质量比为5:5，十二烷基硫酸钠的浓度为0.5g/L，皂角苷的浓度为0.5g/L，硅酸钠浓度为5g/L。
作为进一步的改进，所述皂角苷的熔点为193℃，密度为1.015g/L，易溶于水。
作为进一步的改进，所述用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂密度为0.88g/mL，临界胶束浓度，即CMC为7.01mM/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明配制的的新型脱附剂不仅具有范围广、处理效率高、原料广泛而廉价等特点，同时也兼具对环境友好的特点，适用于推广使用。采用该新型脱附剂对柴油污染土壤进行处理，不仅能降低了对土壤的二次污染，而且具有较高的柴油脱附率。
附图说明
图1为单一脱附剂对柴油的脱附效果图。
图2为质量比为6:4时复合型脱附剂对柴油的脱附效果图。
图3为质量比5:5时复合型脱附剂对柴油的脱附效果图。
图4为质量比为8:2时复合型脱附剂对柴油的脱附效果图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，具体包括以下步骤：
步骤A：进行正交实验确定最佳实验条件：取9组相同且等量的被柴油污染的土壤，每组土壤用相同且等量的脱附剂来进行土壤脱附柴油实验，根据助剂浓度1g/L、3g/L、5g/L，温度50℃、60℃、70℃，震荡时间40min、50min、60min，来进行正交实验设计，其中助剂是硅酸钠，溶剂采用超纯水，采用超纯水配制溶液可以减少实验误差和实验次数，而且使实验数据更具说服力。
土壤脱附柴油实验的操作步骤包括：取被柴油污染的土壤、超纯水、助剂和脱附剂加入到塑料离心管中，在台式震荡器中进行震荡，然后在离心机中以3000r/min离心10min，弃去液相得到土壤，将土壤放在烘箱中以70℃烘干；称取烘干后的土壤于玻璃离心管中，添加三氯甲烷，使土壤和三氯甲烷的比例为2g：10mL，在50℃下以50KHz功率的超声萃取20min，然后以3000r/min离心20min得到上清液和土壤沉淀，取土壤沉淀再次添加三氯甲烷，使土壤沉淀和三氯甲烷的比例为2g：10mL，在50℃下以50KHz功率的超声萃取20min，然后以3000r/min离心20min得到上清液和土壤沉淀；将两次离心得到的上清液合并于三角瓶中，再在70℃下水浴加热除去三氯甲烷即得到柴油，将柴油冷却至室温，称量柴油的质量，根据原来被柴油污染的土壤中的柴油含量，计算得到柴油脱附率。
实验结束后，选出土壤的柴油脱油率最高的一组，将该组的助剂浓度、温度和震荡时间确定为最佳实验条件。具体实验结果可见下表1的正交实验结果。
表1正交实验结果
根据表1中的实验结果，9组实验中第9组柴油的脱油率最高为64.99%，进而确定最佳实验条件为助剂浓度为5g/L，温度为70℃，震荡时间为50min。
步骤B：在步骤A中确定的最佳实验条件下，并确定3个比较浓度值：1g/L、3g/L、5g/L，分别进行如下表面脱附剂对柴油脱附效果的比较实验：
a：取6组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的十二烷基硫酸钠（SDS）、TX-100，进行单一脱附剂的土壤脱附柴油实验，记录各组实验结束后的土壤柴油脱油率，用于和之后使用复合型表面脱附剂脱附柴油的效果进行对比，具体实验结果如图1所示。
b：取9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为5∶5的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷（Saponin）的质量比为5∶5的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为5∶5的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱油率，具体实验结果如图3所示。
c：取9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为6∶4的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷的质量比为6∶4的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为6∶4的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱油率，具体实验结果如图2所示。
d：取9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为8∶2的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷的质量比为8∶2的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为8∶2的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱油率，具体实验结果如图4所示。
步骤C：比较步骤B中的各组实验结束后的土壤柴油脱油率，选出土壤的柴油脱油率最高的一组，该组的复合型脱附剂的组成、组成质量比和浓度，即为用于处理柴油污染土壤的新型复合型脱附剂的配制结果。
从实验结果可知，复合型脱附剂对柴油的脱附效果比单一使用脱附剂对柴油的脱附效果更好，而在复合型脱附剂中，生物表面活性剂的加入对柴油脱附效果有显著的提高。从图1、图2、图3、图4中可以看出，三种复合型表面活性剂：SDS—TX-100、SDS—Saponin、TX-100—Saponin，对柴油的脱附率比单一使用SDS和TX-100脱附剂对柴油的脱附率更高。比较图2、图3、图4中可以看出，在三种质量比6:4、5:5、8:2下，含生物表面活性剂皂角苷Saponin的复合型脱附剂对柴油的脱附效果，比SDS—TX-100脱附剂对柴油的脱附效果更好，说明皂角苷Saponin的加入对SDS、TX-100具有促进作用，提高了对柴油的脱附效果，表现出一定的协同性。从图2、图3、图4中同样可以看出，随着皂角苷Saponin质量比的提高，对柴油的脱附效果也变得更好。在SDS与皂角苷Saponin按质量比为5:5、浓度为1g/L，对柴油的脱附效果最好，脱附率达到91.00%，分别比SDS—TX-100、TX-100—Saponin提高了16.65、4.81个百分点。结果表明，同等实验条件下，与皂角苷复合的新型脱附剂不仅可以提高柴油的脱附率，而且所需浓度只有SDS—TX-100的1/5，显著降低了使用量，减少对环境的二次污染，在柴油污染土壤修复中具有广泛应用前景。
基于上述配制方法配制的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂，由十二烷基硫酸钠、皂角苷、硅酸钠和水组成，十二烷基硫酸钠与皂角苷按质量比为5:5，十二烷基硫酸钠的浓度为0.5g/L，皂角苷的浓度为0.5g/L，硅酸钠浓度为5g/L，用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的密度为0.88g/mL，临界胶束浓度，即CMC为7.01mM/L。其中皂角苷的熔点为193℃，密度为1.015g/L，易溶于水，购自Sigma-Aldrich Chemie Gmbh（西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司），型号84510。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1.用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤A：进行正交实验确定最佳实验条件：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，且每组土壤的柴油含量相同，每组土壤用相同且等量的脱附剂来进行土壤脱附柴油实验，根据助剂浓度、温度和震荡时间来进行正交实验设计；其中，助剂浓度是指实验中加入的助剂在超纯水、助剂和脱附剂的混合溶液中的浓度，温度是指实验中需要被震荡的物质进行震荡操作时的温度，震荡时间是指实验中的震荡时间，脱附剂采用任意一种能用于柴油污染土壤中柴油脱附的脱附剂；实验结束后，选出土壤的柴油脱附率最高的一组，将该组的助剂浓度、温度和震荡时间确定为最佳实验条件；
步骤B：在步骤A中确定的最佳实验条件下，并确定至少3个比较浓度值，分别进行如下脱附剂对柴油脱附效果的比较实验：
a：取至少6组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的十二烷基硫酸钠、TX-100，进行单一脱附剂的土壤脱附柴油实验，记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
b：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为5∶5的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷的质量比为5∶5的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为5∶5的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
c：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为6∶4的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷的质量比为6∶4的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为6∶4的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
d：取至少9组相同且等量的被柴油污染的土壤，根据确定的比较浓度值，分别采用溶液浓度为比较浓度值的复合型脱附剂，进行土壤脱附柴油实验，其中复合型脱附剂是指：十二烷基硫酸钠和TX-100的质量比为8∶2的复合型脱附剂、十二烷基硫酸钠和皂角苷的质量比为8∶2的复合型脱附剂、TX-100和皂角苷的质量比为8∶2的复合型脱附剂，并记录各组实验结束后的土壤柴油脱附率；
步骤C：比较步骤B中的各组实验结束后的土壤柴油脱附率，选出土壤的柴油脱附率最高的一组，该组的复合型脱附剂的组成、组成质量比和浓度，即为用于处理柴油污染土壤的新型复合型脱附剂的配制结果；
所述土壤脱附柴油实验的操作步骤包括：取被柴油污染的土壤、超纯水、助剂和脱附剂加入到塑料离心管中，在台式震荡器中进行震荡，然后在离心机中以3000r/min离心10min，弃去液相得到土壤，将土壤放在烘箱中以70℃烘干；称取烘干后的土壤于玻璃离心管中，添加三氯甲烷，使土壤和三氯甲烷的比例为2g：10mL，在50℃下以50KHz功率的超声萃取20min，然后以3000r/min离心20min得到上清液和土壤沉淀，取土壤沉淀再次添加三氯甲烷，使土壤沉淀和三氯甲烷的比例为2g：10mL，在50℃下以50KHz功率的超声萃取20min，然后以3000r/min离心20min得到上清液和土壤沉淀；将两次离心得到的上清液合并于三角瓶中，再在70℃下水浴加热除去三氯甲烷即得到柴油，将柴油冷却至室温，称量柴油的质量，根据原来被柴油污染的土壤中的柴油含量，计算得到柴油脱附率。
2.根据权利要求1所述的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，其特征在于，所述步骤A中，采用助剂浓度1g/L、3g/L、5g/L，温度50℃、60℃、70℃，震荡时间40min、50min、60min，进行正交实验设计。
3.根据权利要求1所述的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，其特征在于，所述步骤A中确定的最佳实验条件为助剂浓度为5g/L，温度为70℃，震荡时间为50min。
4.根据权利要求1所述的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，其特征在于，所述助剂是硅酸钠。
5.根据权利要求1所述的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂的配制方法，其特征在于，所述步骤B中的比较浓度值是1g/L、3g/L、5g/L。
6.基于权利要求1所述的配制方法配制的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂，包括十二烷基硫酸钠，其特征在于，所述用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂由十二烷基硫酸钠、皂角苷、硅酸钠和水组成，十二烷基硫酸钠与皂角苷的质量比为5:5，十二烷基硫酸钠的浓度为0.5g/L，皂角苷的浓度为0.5g/L，硅酸钠浓度为5g/L。
7.根据权利要求6所述的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂，其特征在于，所述皂角苷的熔点为193℃，密度为1.015g/L，易溶于水。
8.根据权利要求6所述的用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂，其特征在于，所述用于处理柴油污染土壤的新型脱附剂密度为0.88g/mL，临界胶束浓度，即CMC为7.01mM/L。
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