CN103909090A - 一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法。先将表面活性剂与水混合，搅拌均匀，配制成表面活性剂溶液；再将表面活性剂溶液注入到土壤中，向土壤中鼓入气体使得表面活性剂溶液发泡直至无泡沫产生。本发明在重金属离子污染土壤的修复治理的过程中不会对土壤造成二次污染，使被污染的土壤得到去除重金属离子的净化效果；通过通气产生泡沫后，浮出土壤的泡沫被移除并被收集后，经处理，表面活性剂可以进行二次回收利用，不浪费资源。

Description

一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法

技术领域

本发明涉及一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，属于环境化学技术领域。

背景技术

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤中相应重金属元素的富集。土壤污染不但影响农产品产量与品质，而且涉及大气和水环境质量，并可通过食物链危害动物和人类的生命和健康。如何用现有的土壤资源来满足当今甚至以后世界的生存和发展已经成为全球的一个热点问题。对污染的土壤进行处理，具有重要的社会意义。

重金属污染不像其它类型的污染可以通过生物降解和生物链的循环而减弱或者消失。重金属污染极易在生物链中富集放大，长久存在于生物体内。且重金属的毒性较大，对人类的生存健康和环境安全造成了严重的影响。在土壤中常见的有毒重金属离子主要包括Zn²⁺，Cu²⁺，Ni²⁺，Hg²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺和Cr³⁺。

目前土壤重金属污染修复技术主要有工程物理法、化学修复、生物修复、微生物修复等。工程物理法是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有治理彻底的优点，但缺点是具体实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。化学修复法是向污染土壤中投入改良剂、抑制剂，增加土壤有机质，改变pH等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制等作用，以降低重金属的生物有效性。化学修复法效果和费用适中，对于中度污染区具有较好的改良作用。但若处理不当，容易再度活化，会造成二次污染。生物修复是利用微生物或植物的生命代谢获得，将土壤环境中的危害性污染物降解成二氧化碳和水或其他无公害物质的工程技术。微生物修复是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤中重金属毒性的技术。生物修复和微生物修复的研究大部分处于实验室模拟阶段，尚不能进行大规模现场应用，且技术都不够完善。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法。

本发明的技术方案如下：

一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，步骤如下：

(1)将表面活性剂与水混合，于25～40℃搅拌均匀，配制成摩尔浓度为(7.0～10.5)mmol/L的表面活性剂溶液；

所述的表面活性剂的分子中含有带电的极性亲水基和碳链长度为8-24的疏水基；

(2)将表面活性剂溶液注入到土壤中，向土壤中鼓入气体使得表面活性剂溶液发泡，所述的气体的流速为0.5～1L/min，不断鼓入气体并去除土壤表面的泡沫直至无泡沫产生。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的表面活性剂的分子中还含有EO基和/或羰基；所述的带电的极性亲水基为硫酸酯基、磺酸基、羧酸基和/或酰胺基；

进一步优选的，所述的表面活性剂为烷基硫酸盐、烷基羧酸盐、氨基酸盐、羧基甜菜碱、烷基聚醚羧酸盐、烷基酰胺牛磺酸盐、烷基磺酸盐、磺基甜菜碱、烷基三甲基溴化铵、烷基醇酰胺中的一种或两种以上混合；

更优选的，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十三烷醇聚醚-4-羧酸钠、十三烷醇聚醚-4-羧酸、月桂酰谷氨酸钠、椰油酰肌氨酸钠、甲基月桂酰基牛磺酸钠中的一种或两种以上混合。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的搅拌温度为25-30℃，所述的表面活性剂的摩尔浓度为8-9mmol/L。

根据本发明，优选的，步骤(1)中控制所述的表面活性剂与土壤中的重金属离子的摩尔比为(5～20)：1。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的向土壤中鼓入气体的方式为：将连接气体的毛细管插入到土壤中，插入深度为30-50cm，通过毛细管向土壤中鼓入气体；优选的，所述的气体为空气、烟道气、CO₂、N₂或O₂。

本发明将表面活性剂溶液注入到土壤中并鼓入气体，在气体作用下表面活性剂溶液产生泡沫，可以在当产生泡沫的携液量(体积比)30％-50％时，用刮板刮除泡沫，所产生的泡沫通过引流装置引流出来做进一步处理。

本发明可应用于被低浓度重金属离子或者农药化肥等污染的土壤，通过泡沫携带达到较高的去除效率，从而能满足植物种植标准。本发明应用时，所述表面活性剂可耐受的盐度范围是：总矿化度0-80000ppm。

本发明对土壤处理前后的重金属离子浓度进行测定，计算去除效率；去除效率η＝(C₁-C₂)/C₁,其中C₁是初始重金属离子的含量，C₂是发泡结束后剩余重金属离子的含量。本发明对表面活性剂的亲水基团的类型，表面活性剂与金属离子的摩尔比，表面活性剂溶液浓度等进行优选，达到较好的去除效果。

本发明的原理：

本发明把土壤本身看成孔隙介质，利用表面活性剂的两亲性，通过气体对表面活性剂溶液进行发泡后，表面活性剂的亲水基团与金属离子发生电性相互作用，被吸附在泡沫气液界面上，通过上浮的气泡将重金属离子带出土壤；再者泡沫液膜中有多余空间可以携带未与表面活性剂反应的金属离子，两个方面共同作用从而达到好的去除效果。

本发明的有益效果：

1、本发明在重金属离子污染土壤的修复治理的过程中不会对土壤造成二次污染，使被污染的土壤得到去除重金属离子的净化效果。

2、本发明采用的表面活性剂的极性亲水基亲水性强、界面效率高，发泡能力强且携液能力突出，与土壤中的重金属离子结合非常紧密，作用力强烈，因此可以通过上浮的泡沫将重金属离子带出土壤。而且泡沫液膜携液能力强，未结合的金属离子也可以被携带出来，从而可以间接提高去除效率。

3、本发明通过通气产生泡沫后，浮出土壤的泡沫被移除并被收集后，经处理，表面活性剂可以进行二次回收利用，不浪费资源。

4、本发明方法操作简单，成本低廉且去除效果好，对金属离子选择性广，对环境没有二次污染。

5、本发明表面活性剂形成的水基泡沫具有定向、携带作用，使用浓度低，对不同的重金属离子具有适应性，抗盐性好，对地层矿化度的适应性好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不仅限于此。

实施例中所用原料均为常规原料，市购产品。

实施例1

一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，步骤如下：

(1)将表面活性剂十二烷基硫酸钠与水混合，于25℃搅拌均匀，配制成1000ml摩尔浓度为7mmol/L的表面活性剂溶液；

(2)通过对初始特定土壤中Cd²⁺浓度测定，按表面活性剂与土壤中的Cd²⁺的摩尔比为10：1将表面活性剂溶液注入到土壤中；将毛细管插入土壤中，插入深度为30cm；将毛细管一端连接气体鼓入装置，气体选择为N₂，气流速度为0.5L/min，持续鼓入气体对表面活性剂溶液发泡直至不能产生泡沫为止。

终点的泡沫携液量(体积比)为30％，所生成的泡沫用刮板刮除，对表面活性剂和重金属离子回收处理再利用。

对土壤进行重金属离子浓度的测定，根据《环境监测分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨炉原子吸收分光光度法进行离子浓度的分析测定，并计算去除效率η＝(C₁-C₂)/C₁，结果显示该方法去除Cd²⁺的效率为99.9％。

实施例2

一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，步骤如下：

(1)将表面活性剂十三烷醇聚醚-4-羧酸钠与水混合，于30℃搅拌均匀，配制成1000ml摩尔浓度为8mmol/L的表面活性剂溶液；

(2)通过对初始特定土壤中Cd²⁺浓度测定，按表面活性剂与土壤中的Cd²⁺的摩尔比为10：1将表面活性剂溶液注入到土壤中；将毛细管插入土壤中，插入深度为40cm；将毛细管一端连接气体鼓入装置，气体选择为空气，气流速度为0.8L/min，持续鼓入气体对表面活性剂溶液发泡直至不能产生泡沫为止。

终点的泡沫携液量(体积比)为30％，所生成的泡沫用刮板刮除，对表面活性剂和重金属离子回收处理再利用。

对土壤进行重金属离子浓度的测定，根据《环境监测分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨炉原子吸收分光光度法进行离子浓度的分析测定，并计算去除效率η＝(C₁-C₂)/C₁，结果显示该方法去除Cd²⁺的效率为99.8％。

实施例3

一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，步骤如下：

(1)将表面活性剂十三烷醇聚醚-4-羧酸和月桂酰谷氨酸钠(质量比为2:8)与水混合，于30℃搅拌均匀，配制成1000ml总摩尔浓度为8mmol/L的表面活性剂溶液；

(2)通过对初始特定土壤中Ni²⁺浓度测定，按表面活性剂与土壤中的Ni²⁺的摩尔比为15：1将表面活性剂溶液注入到土壤中；将毛细管插入土壤中，插入深度为30cm；将毛细管一端连接气体鼓入装置，气体选择为空气，气流速度为1L/min，持续鼓入气体对表面活性剂溶液发泡直至不能产生泡沫为止。

终点的泡沫携液量(体积比)为30％，所生成的泡沫用刮板刮除，对表面活性剂和重金属离子回收处理再利用。

对土壤进行重金属离子浓度的测定，根据《环境监测分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨炉原子吸收分光光度法进行离子浓度的分析测定，并计算去除效率η＝(C₁-C₂)/C₁，结果显示该方法去除Ni²⁺的效率为99.9％。

实施例4：

一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，步骤如下：

(1)将表面活性剂椰油酰肌氨酸钠和甲基月桂酰基牛磺酸钠(质量比为1:1)与水混合，于25℃搅拌均匀，配制成1000ml总摩尔浓度为7mmol/L的表面活性剂溶液；

(2)通过对初始特定土壤中Ni²⁺浓度测定，按表面活性剂与土壤中的Ni²⁺的摩尔比为20：1将表面活性剂溶液注入到土壤中；将毛细管插入土壤中，插入深度为40cm；将毛细管一端连接气体鼓入装置，气体选择为N₂，气流速度为1L/min，持续鼓入气体对表面活性剂溶液发泡直至不能产生泡沫为止。

终点的泡沫携液量(体积比)为30％，所生成的泡沫用刮板刮除，对表面活性剂和重金属离子回收处理再利用。

对土壤进行重金属离子浓度的测定，根据《环境监测分析方法》和《土壤元素的近代分析方法》，利用石墨炉原子吸收分光光度法进行离子浓度的分析测定，并计算去除效率η＝(C₁-C₂)/C₁，结果显示该方法去除Ni²⁺的效率为99.9％。

Claims (8)

1.一种利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，步骤如下：

(1)将表面活性剂与水混合，于25～40℃搅拌均匀，配制成摩尔浓度为(7.0～10.5)mmol/L的表面活性剂溶液；

所述的表面活性剂的分子中含有带电的极性亲水基和碳链长度为8-24的疏水基；

(2)将表面活性剂溶液注入到土壤中，向土壤中鼓入气体使得表面活性剂溶液发泡，所述的气体的流速为0.5～1L/min，不断鼓入气体并去除土壤表面的泡沫直至无泡沫产生。

2.根据权利要求1所述的利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的表面活性剂的分子中还含有EO基和/或羰基；所述的带电的极性亲水基为硫酸酯基、磺酸基、羧酸基和/或酰胺基。

3.根据权利要求2所述的利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的表面活性剂为烷基硫酸盐、烷基羧酸盐、氨基酸盐、羧基甜菜碱、烷基聚醚羧酸盐、烷基酰胺牛磺酸盐、烷基磺酸盐、磺基甜菜碱、烷基三甲基溴化铵、烷基醇酰胺中的一种或两种以上混合。

4.根据权利要求3所述的利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十三烷醇聚醚-4-羧酸钠、十三烷醇聚醚-4-羧酸、月桂酰谷氨酸钠、椰油酰肌氨酸钠、甲基月桂酰基牛磺酸钠中的一种或两种以上混合。

5.根据权利要求1所述的利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的搅拌温度为25-30℃，所述的表面活性剂的摩尔浓度为8-9mmol/L。

6.根据权利要求1所述的利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，其特征在于，步骤(1)中控制所述的表面活性剂与土壤中的重金属离子的摩尔比为(5～20)：1。

7.根据权利要求1所述的利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的向土壤中鼓入气体的方式为：将连接气体的毛细管插入到土壤中，插入深度为30-50cm，通过毛细管向土壤中鼓入气体。

8.根据权利要求1所述的利用表面活性剂形成的水基泡沫去除土壤中重金属离子的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的气体为空气、烟道气、CO₂、N₂或O₂。