CN105537255A - 磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用 - Google Patents

Abstract

磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用，按土液比2g:（10~40）mL，向土壤中加入磺化石墨烯淋洗液，置于离心管中；超声波强化30分钟后，置于振荡机上，室温150rpm振荡淋洗24h；振荡完毕后离心弃去上清液完成修复。本发明利用磺化石墨烯能够有效的去除污染土壤中的PAHs，使PAHs去除率高达84%以上。在同等淋洗条件下（淋洗液浓度、土液比、淋洗次数等），SGO淋洗污染土壤PAHs的去除率分别是甲基-β-环糊精（甲基-β-MCD）和聚山梨酯（TW80）淋洗去除率的150%和200%以上。

Description

磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用

技术领域

本发明属于环境保护中的土壤污染治理领域，公开了一种磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用。

背景技术

多环芳烃是土壤环境中一类常见的持久性有机污染物，因其热稳定性好、疏水性强，可长期吸附于土壤颗粒中而难以降解。近年来，随着我国城市化进程的加快，许多位于城区的焦化厂已停产搬迁，搬迁后所遗留的土壤污染问题及场地再利用问题日渐凸显，修复多环芳烃污染土壤已成为焦化类场地亟待解决的难题。在污染场地土壤修复技术中，土壤异位淋洗技术具有效果好、周期短和成本低等特点，被广泛运用于实际的场地修复。而此技术运用的关键往往是针对特定污染场地土壤，筛选出环境友好的特殊淋洗剂，以及运用相关物理强化增效手段，达到对污染物的高效去除。石墨烯(graphene)是当前研究最热的碳纳米材料，它是一种由碳原子以sp2杂化轨道构成的二维层状的新型碳纳米材料。由于它具有高的比表面积、优异的导热性能、优良的导电率和易改性的表面化学等特性，在能源、材料等领域具有广阔的应用前景。鉴于磺酸基团的高亲水性,对石墨烯进行磺化处理,不仅可以提高其分散性,还可以保留其原有性质,使之更有利于在水溶液或有机溶液体系中表现出优良的物理化学性质，所以磺化已经成为石墨烯改性的研究热点之一。目前有关磺化石墨烯在PAHs污染土壤修复方面的研究尚未见报道。由此，研发污染土壤PAHs的磺化石墨烯淋洗修复技术具有重要的现实意义。

针对当前PAHs污染土壤的淋洗修复与磺化石墨烯的环境应用等问题，本发明为PAHs污染土壤探索出一种新型的纳米淋洗修复剂以及淋洗修复方法。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的是针对PAHs污染土壤的淋洗修复以及磺化石墨烯(SGO)的环境应用研究热点，提供一种磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用，为高效淋洗修复PAHs污染土壤提供材料和技术支撑。

技术方案：磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用。

磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用，步骤如下：(1)按土液比2g:(10～40)mL，向土壤中加入磺化石墨烯淋洗液，置于离心管中；(2)超声波强化30分钟后，置于振荡机上，室温150rpm振荡淋洗24h；(3)振荡完毕后离心弃去上清液完成修复。

上述磺化石墨烯的浓度为4000mg/kg。

上述土液比为1:10。

上述淋洗次数为4次。

一种多环芳烃污染土壤纳米淋洗修复剂，有效成分为磺化石墨烯。

上述修复剂中磺化石墨烯的浓度为10wt.％。

有益效果：本发明利用磺化石墨烯能够有效的去除污染土壤中的PAHs，使PAHs去除率高达84％以上。在同等淋洗条件下(淋洗液浓度、土液比、淋洗次数等)，SGO淋洗污染土壤PAHs的去除率分别是甲基-β-环糊精(甲基-β-MCD)和聚山梨酯(TW80)淋洗去除率的150％和200％以上。

附图说明

图1为控制其他因素相同，不同处理单因素下(淋洗液浓度、液土比、淋洗次数)，PAHs去除率的变化，其中1a为淋洗液浓度因素变化条件下的PAHs去除率的变化，1b为液土比因素变化条件下的PAHs去除率的变化，1c为淋洗次数因素变化条件下的PAHs去除率的变化。

图2不同淋洗剂对污染土壤中PAHs去除率的比较。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。文中所述土液比、液土比或水土比，均为质量体积比，其中土的单位是g，液体(水)的单位是mL。

实施例1

供试土壤采自北京市某焦化厂，风干后研磨过60m筛备用。土壤基本理化性质：pH为6.2；土壤有机质为22.3g/kg；土壤粘粒、沙粒、粉粒占比分别为36.9wt.％、9.8wt.％、53.3wt.％。16种EPA优先控制PAHs总含量为31.99mg/kg，PAHs污染严重并且危害高。

称取2g供试土壤于100mL玻璃离心管中，按一定的土液比加入适量的淋洗液(10～40mL)，拧紧管塞超声强化30min后，置于振荡机(150rpm)上振荡淋洗24h。振荡完毕后经离心机(离心力716g)离心5min后弃去上清液，冷冻干燥后称取1g处理后的土壤提取测定。

图1a、1b、1c表示在各自相同处理条件下，不同SGO浓度淋洗液、不同土液比、不同的淋洗次数(包括土液比1:10和1:20)处理同污染土壤PAHs去除率的变化(如图1所示)。

不同SGO淋洗液的浓度

不同浓度SGO对土壤中PAHs的去除率如图1a。由图可以看出SGO的浓度在2000ppm左右，随SGO浓度的增加，供试土壤中PAHs的去除率明显增加。SGO浓度为4000ppm时，土壤中PAHs的去除率最高，达到了30.9％。这可能是因为SGO的浓度越大，与土壤中PAHs的作用位点越多，淋洗液对PAHs的竞争越强，进而更多的PAHs进入到淋洗液中，从而提高土壤中的PAHs去除率。由图还可以看出在8000ppm时的PAHs去除率不及2000和4000ppm，这可能是由于SGO浓度过大阻碍了SGO对PAHs的吸附或者更多的SGO吸附着PAHs共同作用于土壤表面上，进而造成PAHs去除率下降。由此，确立4000ppm为最佳的淋洗浓度。

不同液土比

如图1b，在液土比为5:1、10:1、20:1条件下洗脱1次，供试土壤中PAHs的去除率分别达14.9％、29.8％、35.2％，20:1和10:1液土比条件下土壤中PAHs的去除率远高于5:1液土比，其中液土比为20:1时土壤中PAHs的去除效果最好。由此可见，淋洗液越多，对于同等质量的土壤淋洗效果越好。考虑到土液比的增加，意味着淋洗成本和临习过程中对土壤理化性质的影响都会减少，因此选定土液比为1:10时为最优淋洗参数。

不同淋洗次数

由图1c看出，随着淋洗次数的增加，供试土壤中PAHs的去除率逐渐增加，但增加的速率越来越小，在液土比20:1时，洗脱3次与4次的去除率差异不明显，这是因为PAHs与土壤结合的牢固程度不同，有的PAHs分子可能被土壤中矿物或胶体包裹或牢牢吸附，因此随着次数的增加，洗脱的难度逐渐增大，继续增加洗脱的次数，去除率缓慢增加，甚至不再增加。与10:1时相应的次数相比，液土比20:1时土壤中PAHs去除率要高，淋洗4次后，它们的去除率分别为84.4％与80.9％，可以看出SGO能够很好地洗脱去除土壤中的PAHs，但随着次数的增加，二者去除的效率没有明显差距(P>0.05)。因此在多次淋洗的过程中选取10:1的液土比参数在实际应用中效率更高，也更加经济。

实施例2

不同类型淋洗剂同SGO的比较

在相同淋洗条件下(淋洗剂浓度4000mg·L^-1，土液比为1:10)淋洗一次后，吐温80(TW80)与甲基-β-环糊精(MCD)同SGO对土壤中PAHs的去除率的比较如图2所示。洗脱1次后PAHs的去除率分别为19.9％、25.0％和38.5％，在同等浓度下，SGO的洗脱效果最好，PAHs去除率是MCD的150％倍以上。

由以上实例的结果看出，SGO浓度为4000ppm时对土壤中PAHs的洗脱效果较好，淋洗4次后土液比1:10与1:20去除率均达80％以上，其中1:10可以作为最佳淋洗工艺参数。在同等条件下，SGO洗脱PAHs污染土壤，去除率分别是β-MCD、TW80的150％、200％以上。可见，SGO对土壤中PAHs的淋洗去除效果比之前研究过的淋洗剂(吐温80、甲基-β-环糊精)都要好。对于PAHs污染土壤的洗脱修复方面，SGO是一种高效纳米淋洗修复剂，具有较好的潜在应用前景。

Claims (7)

1.磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用。

2.根据权利要求1所述磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用，其特征在于步骤如下：

（1）按土液比2g:（10~40）mL，向土壤中加入磺化石墨烯淋洗液，置于离心管中；

（2）超声波强化30分钟后，置于振荡机上，室温150rpm振荡淋洗24h；

（3）振荡完毕后离心弃去上清液完成修复。

3.根据权利要求2所述磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用，其特征在于磺化石墨烯的浓度为4000mg/kg。

4.根据权利要求2所述磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用，其特征在于土液比为1:10。

5.根据权利要求2所述磺化石墨烯在修复多环芳烃污染土壤中的应用，其特征在于淋洗次数为4次。

6.一种多环芳烃污染土壤纳米淋洗修复剂，其特征在于有效成分为磺化石墨烯。

7.根据权利要求6所述的多环芳烃污染土壤纳米淋洗修复剂，其特征在于磺化石墨烯的浓度为10wt.%。