CN105349153B - 一种用于土壤修复的药剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于土壤修复的药剂及其制备方法和应用。所述用于土壤修复的药剂，包括如下组分：淀粉‑丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐、可溶性氯盐和水；所述可溶性硫酸盐和可溶性氯盐不发生反应。在淀粉‑丙烯酸接枝共聚物的基础上，通过添加可溶性硫酸盐、可溶性氯盐，配制成水剂，通过淀粉‑丙烯酸接枝共聚物和可溶性硫酸盐、可溶性氯盐在水中的相互作用，不仅可适宜提高土壤的导电性和保水性，而且增加土壤的产热、导热、保热能力；在热强化的土壤气相抽提法和生物通风法中使用，加大了土壤中有机物的挥发效果和好氧生物降解速率，从而提高了有机物去除效率。
Description
技术领域
本发明属于土壤污染修复领域，具体地涉及一种用于土壤修复的药剂及其制备方法和应用。
背景技术
工业的迅速发展使环境污染问题凸显，尤其是危险废物的不合理处置造成土壤和地下水的污染。土壤污染具有隐蔽性和难以逆转性等特点，会直接或间接的危害人体健康，还将导致其他环境问题。按污染物的性质一般可分为四类：有机污染物、重金属、放射性元素和病原微生物。石油类污染物是土壤有机污染中较为常见的污染物之一。
土壤气相抽提法(Soil Vapor Extraction，以下简称为SVE)和生物通风(Bioventing)是进行有机物污染土壤修复的常用方法。土壤气相抽提法是通过强制新鲜空气进入污染的包气带，将其中易挥发的有机污染物解吸到空气流中，并将空气抽到地面上进行处理的方法。生物通风又称土壤曝气，是将空气强制注入土壤中，然后抽出土壤中的挥发性有机污染物，在通入空气时，可以加入一定量的氧气和营养液，改善土壤中降解菌的营养条件，提高土著微生物的降解活性，从而达到污染物降解的目的。
上述两种方法可针对易挥发的有机污染物起到有效的助挥发作用和生物降解作用，同时对土壤进行加热来提高土壤温度，进一步提高了去除的污染物范围和去除速率,也使土壤中的有机污染物快速蒸发，并经原位热解、氧化、燃烧及蒸馏等而形成简单小分子气体、水和污染物蒸汽等尾气，提高了挥发效率、减少了处理过程。但是土壤作为不良导体，其产热、导热和保热性能较差，无法有效利用加热过程中的能量，浪费了资源，大大降低了有机污染物处理的效率。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的土壤气相抽提和生物通风方法中的土壤产热、导热和保热性差导致的有机物去除效率低的缺陷，从而提供一种用于土壤修复的药剂及其制备方法和应用，所述药剂在土壤修复过程中用于提升土壤的产热、导热和保热能力。
为此，本发明的技术方案如下：
一种用于土壤修复的药剂，包括如下组分：
淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐、可溶性氯盐和水；所述可溶性硫酸盐和可溶性氯盐不发生反应。
上述用于土壤修复的药剂中，淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的质量比为1：0.2～0.5：0.5～1；淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的总质量和水的质量比为1：5～8。
上述用于土壤修复的药剂中，优选的，所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的质量比为1：0.5：0.5；所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的总质量和水的质量比为1：6。
上述用于土壤修复的药剂中，所述可溶性硫酸盐为硫酸亚铁、硫酸钠或硫酸钾；优选，硫酸亚铁；所述可溶性氯盐为NaCl或MgCl2。
上述用于土壤修复的药剂中，所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物中，淀粉与丙烯酸的质量比为1:10～15。
上述用于土壤修复的药剂的制备方法，包括步骤如下：
将淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐、可溶性氯盐按照特定配比混合、研磨成粉末后，与特定质量的水进行混合溶解。
上述用于土壤修复的药剂的制备方法中，所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物按以下方法制备：
将淀粉与水按质量比1：15～20混合，通入氮气，进行搅拌糊化后，降温至40-60℃；将0.05-0.1淀粉质量的丙烯酸加入到浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液中，混合后加入0.5淀粉质量的过硫酸铵，在40-60℃加热，再加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在50～60℃下搅拌加热反应、冷却得到淀粉-丙烯酸接枝共聚物，用无水乙醇洗涤.
上述用于土壤修复的药剂的制备方法中，所述加热的时间为2-10min。
上述用于土壤修复的药剂在土壤有机污染物修复中的应用。
上述应用中，所述土壤有机污染物修复的方法为热强化的土壤气相抽提法和生物通风法，药剂的使用方法为：在加热前将药剂加入的土壤中，加入量为50-100g/m3。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的用于土壤修复的药剂，在淀粉-丙烯酸接枝共聚物的基础上，通过添加可溶性硫酸盐、可溶性氯盐，配制成水剂，通过淀粉-丙烯酸接枝共聚物和可溶性硫酸盐、可溶性氯盐在水中的相互作用，不仅可适宜提高土壤的导电性和保水性，而且增加土壤的产热、导热、保热能力；在热强化的土壤气相抽提法和生物通风法中使用，加大了土壤中有机物的挥发效果和好氧生物降解速率，从而提高了有机物去除效率。
2.本发明提供的用于土壤修复的药剂，淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的质量比为1：0.2～0.5：0.5～1；淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的总质量和水的质量比为1：5～8。通过添加特定比例的可溶性硫酸盐，如硫酸亚铁和可溶性氯盐，NaCl或MgCl2，在保证淀粉-丙烯酸接枝共聚物保水效果的同时，三者相互作用，来提高导电性。
3.本发明提供的用于土壤修复的药剂，制备方法简单，原料来源丰富，成本低廉，本安全环保，不会造成地下水的二次污染。
具体实施方式
下面通过具体的实例进一步说明本发明。以下实施例中，所使用的试剂和仪器如无特殊说明，均为市售。
实施例1
首先将2g淀粉与40g水加热至90℃，通入氮气，进行搅拌糊化60min后，降温至50℃。用30g的丙烯酸加入到浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液中，混合后加入1g的过硫酸铵，在50℃先加热5分钟，再加入0.25g N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在50℃水浴下搅拌加热，反应半小时后出现白色透明糊状产物。将产物冷却、剪成小块，用无水乙醇洗涤，得到淀粉-丙烯酸接枝共聚物。
将上述制备的淀粉-丙烯酸接枝共聚物10g与2g FeSO4、5g NaCl混合研磨成粉末后，与85g水进行混合溶解，得到土壤修复的药剂。
将本实施例的药剂50g通过加药装置加入到0.5m3的土壤中，经测试其导电性率增强7倍，保水率为70g/g，土壤的产热、保热能力显著增强。
实施例2
首先将2g淀粉与30g水加热至90℃，通入氮气，进行搅拌糊化60min后，降温至50℃。用20g的丙烯酸加入到浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液中，混合后加入1g的过硫酸铵，在50℃先加热5分钟，再加入0.15g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在60℃水浴下搅拌加热，反应半小时后出现白色透明糊状产物。将产物冷却、剪成小块，用无水乙醇洗涤，淀粉-丙烯酸接枝共聚物。
将制得的淀粉-丙烯酸接枝共聚物10g与5g FeSO4、5g MgCl2混合研磨成粉末后，与120g水进行混合溶解，得到土壤修复的药剂。
将本实施例的药剂30g通过加药装置注入到0.5m3的土壤中，其导电性率增强8倍，保水率为76g/g，显著增强了土壤的产热、保热能力。
实施例3
将市售的淀粉-丙烯酸接枝共聚物10g与5g FeSO4、10g MgCl2混合研磨成粉末后，与150g水进行混合溶解，得到土壤修复的药剂。
将本实施例的药剂40g通过加药装置注入到0.5m3的土壤中，其导电性率增强6倍，保水率为56g/g，显著增强了土壤的产热、保热能力。
实施例4
首先将2g淀粉与40g水加热至90℃，通入氮气，进行搅拌糊化60min后，降温至50℃。用26g的丙烯酸加入到浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液中，混合后加入1g的过硫酸铵，在50℃先加热5分钟，再加入0.1g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在60℃水浴下搅拌加热，反应大概半小时后出现白色透明糊状产物。将产物冷却、剪成小块，用无水乙醇洗涤，淀粉-丙烯酸接枝共聚物。
将制得的淀粉-丙烯酸接枝共聚物10g与5g FeSO4、7g MgCl2混合研磨成粉末后，与176g水进行混合溶解，即为目标产物。
将本实施例的药剂30g通过加药装置注入到0.5m3的土壤中，其导电性率增强7倍，保水率为67g/g，显著增强了土壤的产热、保热能力。
实施例5
首先将2g淀粉与40g水加热至90℃，通入氮气，进行搅拌糊化60min后，降温至50℃。用25g的丙烯酸加入到浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液中，混合后加入1g的过硫酸铵，在50℃先加热10分钟，再加入0.2g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，在60℃水浴下搅拌加热，反应大概半小时后出现白色透明糊状产物。将产物冷却、剪成小块，用无水乙醇洗涤，淀粉-丙烯酸接枝共聚物。
将市售的淀粉-丙烯酸接枝共聚物10g与2g K2SO4、5g NaCl混合研磨成粉末后，与85g水进行混合溶解，得到土壤修复的药剂。
将本实施例的药剂50g通过加药装置加入到0.5m3的土壤中，经测试其导电性率增强7倍，保水率为70g/g，土壤的产热、保热能力显著增强。
对比例1
将实施例1中制备的淀粉-丙烯酸接枝共聚物10g混合研磨成粉末后，与85g水进行混合溶解，得到土壤修复的药剂。
将上述制备的药剂50g通过加药装置加入到0.5m3的土壤中，经测试其导电性率增强3倍，保水率为35g/g，土壤的产热、保热能力小幅度增强。
对比例2
将实施例1中制备的淀粉-丙烯酸接枝共聚物10g与5g NaCl混合研磨成粉末后，与85g水进行混合溶解，得到土壤修复的药剂。
将上述制备的药剂50g通过加药装置加入到0.5m3的土壤中，经测试其导电性率增强4.5倍，保水率为49g/g，土壤的产热、保热能力有增强。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种用于土壤修复的药剂，其特征在于，包括如下组分：
淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐、可溶性氯盐和水；所述可溶性硫酸盐和可溶性氯盐不发生反应；
淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的质量比为1：0.2-0.5：0.5-1；淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的总质量和水的质量比为1：5-8。
2.根据权利要求1所述的用于土壤修复的药剂，其特征在于，所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的质量比为1：0.5：0.5；所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐和可溶性氯盐的总质量和水的质量比为1：6。
3.根据权利要求1-2任一项所述的用于土壤修复的药剂，其特征在于，所述可溶性硫酸盐为硫酸亚铁、硫酸钠或硫酸钾；所述可溶性氯盐为NaCl或MgCl2。
4.根据权利要求1或2所述的用于土壤修复的药剂，其特征在于，所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物中，淀粉与丙烯酸的质量比为1:10-15。
5.权利要求1-4任一项所述用于土壤修复的药剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
将淀粉-丙烯酸接枝共聚物、可溶性硫酸盐、可溶性氯盐按照特定配比混合、研磨成粉末后，与特定质量的水进行混合溶解。
6.根据权利要求5所述的用于土壤修复的药剂的制备方法，其特征在于，所述淀粉-丙烯酸接枝共聚物按以下方法制备：
将淀粉与水按质量比1：15-20混合，通入氮气，进行搅拌糊化后，降温至40-60℃；将10-15淀粉质量的丙烯酸加入到浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液中，混合后加入0.5淀粉质量的过硫酸铵，在40-60℃加热，再加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在50-60℃下搅拌加热反应、冷却得到淀粉-丙烯酸接枝共聚物，用无水乙醇洗涤。
7.根据权利要求6所述的用于土壤修复的药剂的制备方法，其特征在于，所述加热的时间为2-10min。
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