CN108620428A - 一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，包括：2‑丙基咪唑类离子液体、月桂基甘油醚磺酸钠、乙二胺四乙酸四钠、磷脂、酒石酸、单宁酸、改性助剂；所述2‑丙基咪唑类离子液体通过2‑丙基咪唑与卤代烷加热反应，再和无机盐离子交换后制得，所述改性助剂由草酸、去离子水、凹凸棒土和壳聚糖组成。本发明所制得的吡唑类离子液体的土壤重金属淋洗液与传统的淋洗液相比,能明显提高土壤中重金属物质的分离选择性，且原料可生物降解性能好，无二次污染，成本低廉。本发明还提供了一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体地说，涉及一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液及其制备方法。
背景技术
全球正面临着粮食安全、水资源短缺和环境污染等诸多问题，这些问题的出现均与水土资源密切相关。随着矿产资源的不合理开发与利用、污水灌溉、化肥、农药的大量施用、工业化和城镇化的迅速发展，土壤污染日益严重。其中，耕地土壤重金属污染问题尤为突出，大量农田土壤重金属含量超标直接影响了农作物的生长，导致产量下降，同时，富集在农产品中的重金属将最终引发食品安全问题，影响人类健康。
土壤重金属污染治理途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在状态，使其由活化态转为稳定态；二是从土壤中除去重金属。常采用的物理及物理化学的方法是热解吸法、电化学法和提取法。对于挥发性重金属可用加热方法从土壤中解吸出来。若重金属渗透性不高且传导性差则用电化学法除去。提取法可利用试剂和土壤中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属试剂络合物，回收再利用。
采用试剂淋洗法是一种借助淋洗试剂活化去除土壤重金属的修复技术，该技术具有修复效果显著、作用速度快、修复周期短、重金属去除彻底等优点，适用于小面积污染土壤的快速有效修复。
重金属污染土壤淋洗修复技术主要包括了原位淋洗和异位淋洗两种实现形式。重金属污染土壤的淋洗修复无论采用原位淋洗，还是异位淋洗，淋洗液的选择和使用是淋洗修复技术得以发展和实际应用的关键因素。当前所研究和使用的诸多淋洗液在实际应用过程中都还存在一定的局限性，如：无机酸对土壤结构和性质的破坏，人工螯合剂高昂的造价和二次污染风险，部分表面活性剂在土壤中的难降解性。为此，开发新型土壤重金属淋洗液或是对已有淋洗液进行改良，仍是土壤重金属淋洗技术发展过程中需要解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液及其制备方法，制备的土壤重金属淋洗液能高效修复土壤重金属污染的问题。
有鉴于此，本发明提供了一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，包括以下组分和重量份：
2-丙基咪唑类离子液体 100-200重量份
月桂基甘油醚磺酸钠 10-25重量份
乙二胺四乙酸四钠 5-15重量份
磷脂 4-8重量份
酒石酸 1-5重量份
单宁酸 5-15重量份
改性助剂 20-40重量份
所述2-丙基咪唑类离子液体的制备方法是：将2-丙基咪唑和卤代烷混合后，微波加热至60-80℃，同时进行搅拌反应，合成得到卤代2-丙基咪唑类离子液体，将卤代2-丙基咪唑类离子液体和无机盐进行离子交换得到2-丙基咪唑类离子液体；
所述改性助剂的制备方法是：将草酸和凹凸棒土加入去离子水中，微波加热至50-70℃、高速搅拌0.5-1h，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌均匀后加入壳聚糖，继续搅拌0.5-1h，搅拌速度为300-600r/min制得所述改性助剂。
优选的，所述2-丙基咪唑和卤代烷的摩尔比为1：1.1-1.3。
优选的，所述卤代2-丙基咪唑类离子液体和无机盐的摩尔比为1：1.05-1.1。
优选的，所述卤代烷为1-氯丙烷、1,2-二氯乙烷、溴乙烷中的一种或几种。
优选的，所述无机盐为氢氧化钠、醋酸钠、氢氧化钾、氯化钠、氯化钾中的一种或几种。
优选的，所述草酸、去离子水、凹凸棒土和壳聚糖的质量比为8-12：8-12：1-5：6-10。
相应的，所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)按重量份称取原料，将月桂基甘油醚磺酸钠、乙二胺四乙酸四钠、磷脂和酒石酸加入到搅拌釜中混合，搅拌10-20min，搅拌均匀后加入改性助剂，继续搅拌30-60min，搅拌速度为300-600r/min；
步骤b)将搅拌釜加热至30-60℃，加入2-丙基咪唑类离子液体和单宁酸，高速搅拌20-40min，搅拌速度为600-1000r/min，冷却降温制得基于离子液体的土壤重金属淋洗液。
本发明的有益效果：
1. 本发明通过2-丙基咪唑类离子液体和酒石酸、单宁酸、草酸、凹凸棒土、壳聚糖的协同作用，提高了土壤重金属的淋洗效率，有效吸附和去除土壤中的重金属，重金属选择性脱出效果好，处理速度快，实用性强；
2. 本发明采用酒石酸、单宁酸、草酸、凹凸棒土、壳聚糖等作为原料制备土壤重金属淋洗液，产品原料成本低、来源广，并且具有良好的生物降解性和环境相容性，环保无公害。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本发明提供的基于离子液体的土壤重金属淋洗液，包括以下组分和重量份：
2-丙基咪唑类离子液体 100重量份
月桂基甘油醚磺酸钠 10重量份
乙二胺四乙酸四钠 5重量份
磷脂 4重量份
酒石酸 1重量份
单宁酸 5重量份
改性助剂 20重量份
所述2-丙基咪唑类离子液体的制备方法是：将2-丙基咪唑和1-氯丙烷按1：1.1的摩尔比混合后，微波加热至60℃，同时进行搅拌反应，合成得到卤代2-丙基咪唑类离子液体，将卤代2-丙基咪唑类离子液体和氢氧化钠按1：1.05的摩尔比进行离子交换得到2-丙基咪唑类离子液体；
所述改性助剂的制备方法是：将草酸和凹凸棒土加入去离子水中，微波加热至50℃、高速搅拌0.5h，搅拌速度为800r/min，搅拌均匀后加入壳聚糖，继续搅拌0.5h，搅拌速度为300r/min制得所述改性助剂，所述草酸、去离子水、凹凸棒土和壳聚糖的质量比为8：8：1：6。
相应的，所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)按上述重量份称取原料，将月桂基甘油醚磺酸钠、乙二胺四乙酸四钠、磷脂和酒石酸加入到搅拌釜中混合，搅拌10min，搅拌均匀后加入改性助剂，继续搅拌30min，搅拌速度为300r/min；
步骤b)将搅拌釜加热至30℃，加入2-丙基咪唑类离子液体和单宁酸，高速搅拌20min，搅拌速度为600r/min，冷却降温制得基于离子液体的土壤重金属淋洗液。
为了进一步说明本发明的应用价值，发明人选取了1块受到重金属铅污染的试验田，称取10g量的铅污染土壤，铅的浓度为5000µmol/kg，然后加入配制好的上述基于离子液体的淋洗液，淋洗液的浓度分别为10mmol，20mmol，30mmol，40mmol，固液比设定为1:3，然后采用振荡方式/机械搅拌方式摇动6小时候离心分离，经过稀释后利用原子吸收测定淋洗液中铅的浓度，最终计算出铅的淋洗效果。
表1 铅污染土壤的淋洗效果
| 淋洗液浓度 | 10mmol | 20mmol | 30mmol | 40mmol |
| 去除效果，% | 81.58 | 86.78 | 91.56 | 95.43 |
实施例2
本发明提供的基于离子液体的土壤重金属淋洗液，包括以下组分和重量份：
2-丙基咪唑类离子液体 150重量份
月桂基甘油醚磺酸钠 17重量份
乙二胺四乙酸四钠 10重量份
磷脂 6重量份
酒石酸 3重量份
单宁酸 10重量份
改性助剂 30重量份
所述2-丙基咪唑类离子液体的制备方法是：将2-丙基咪唑和1,2-二氯乙烷按1：1.2的摩尔比混合后，微波加热至70℃，同时进行搅拌反应，合成得到卤代2-丙基咪唑类离子液体，将卤代2-丙基咪唑类离子液体和醋酸钠按1：1.08的摩尔比进行离子交换得到2-丙基咪唑类离子液体；
所述改性助剂的制备方法是：将草酸和凹凸棒土加入去离子水中，微波加热至60℃、高速搅拌1h，搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后加入壳聚糖，继续搅拌1h，搅拌速度为400r/min制得所述改性助剂，所述草酸、去离子水、凹凸棒土和壳聚糖的质量比为10：10：3：8。
相应的，所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)按上述重量份称取原料，将月桂基甘油醚磺酸钠、乙二胺四乙酸四钠、磷脂和酒石酸加入到搅拌釜中混合，搅拌15min，搅拌均匀后加入改性助剂，继续搅拌40min，搅拌速度为400r/min；
步骤b)将搅拌釜加热至40℃，加入2-丙基咪唑类离子液体和单宁酸，高速搅拌30min，搅拌速度为800r/min，冷却降温制得基于离子液体的土壤重金属淋洗液。
为了进一步说明本发明的应用价值，发明人选取了1块受到重金属铬污染的试验田，称取10g量的铬污染土壤，铬的浓度为6000µmol/kg，然后加入配制好的上述基于离子液体的淋洗液，淋洗液的浓度分别为10mmol，20mmol，30mmol，40mmol，固液比设定为1:3，然后采用振荡方式/机械搅拌方式摇动6小时候离心分离，经过稀释后利用原子吸收测定淋洗液中铬的浓度，最终计算出铬的淋洗效果。
表2 铬污染土壤的淋洗效果
| 淋洗液浓度 | 10mmol | 20mmol | 30mmol | 40mmol |
| 去除效果，% | 83.64 | 88.15 | 96.42 | 98.37 |
实施例3
本发明提供的基于离子液体的土壤重金属淋洗液，包括以下组分和重量份：
2-丙基咪唑类离子液体 200重量份
月桂基甘油醚磺酸钠 25重量份
乙二胺四乙酸四钠 15重量份
磷脂 8重量份
酒石酸 5重量份
单宁酸 15重量份
改性助剂 40重量份
所述2-丙基咪唑类离子液体的制备方法是：将2-丙基咪唑和溴乙烷按1：1.3的摩尔比混合后，微波加热至80℃，同时进行搅拌反应，合成得到卤代2-丙基咪唑类离子液体，将卤代2-丙基咪唑类离子液体和醋酸钠按1：1.1的摩尔比进行离子交换得到2-丙基咪唑类离子液体；
所述改性助剂的制备方法是：将草酸和凹凸棒土加入去离子水中，微波加热至70℃、高速搅拌1h，搅拌速度为1200r/min，搅拌均匀后加入壳聚糖，继续搅拌1h，搅拌速度为600r/min制得所述改性助剂，所述草酸、去离子水、凹凸棒土和壳聚糖的质量比为12：12：5：10。
相应的，所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)按上述重量份称取原料，将月桂基甘油醚磺酸钠、乙二胺四乙酸四钠、磷脂和酒石酸加入到搅拌釜中混合，搅拌20min，搅拌均匀后加入改性助剂，继续搅拌60min，搅拌速度为600r/min；
步骤b)将搅拌釜加热至60℃，加入2-丙基咪唑类离子液体和单宁酸，高速搅拌40min，搅拌速度为1000r/min，冷却降温制得基于离子液体的土壤重金属淋洗液。
为了进一步说明本发明的应用价值，发明人选取了1块受到重金属镍、锌、铜复合污染的试验田，称取10g量的污染土壤，重金属的浓度为9000µmol/kg，然后加入配制好的上述基于离子液体的淋洗液，淋洗液的浓度分别为10mmol，20mmol，30mmol，40mmol，固液比设定为1:4，然后采用振荡方式/机械搅拌方式摇动6小时候离心分离，经过稀释后利用原子吸收测定淋洗液中重金属的浓度，最终计算出重金属的淋洗效果。
表3 污染土壤的淋洗效果
| 淋洗液浓度 | 10mmol | 20mmol | 30mmol | 40mmol |
| 镍去除效果，% | 63.4 | 78.25 | 87.32 | 92.41 |
| 锌去除效果，% | 53.61 | 64.51 | 89.25 | 93.2 |
| 铜去除效果，% | 63.53 | 72.22 | 88.65 | 91.84 |
从上述3个实施例的淋洗效果可以看出，本发明所提供的基于离子液体的土壤重金属淋洗液可以有效去除受污染土壤中的重金属。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，其特征在于，包括以下组分及重量份：
2-丙基咪唑类离子液体 100-200重量份
月桂基甘油醚磺酸钠 10-25重量份
乙二胺四乙酸四钠 5-15重量份
磷脂 4-8重量份
酒石酸 1-5重量份
单宁酸 5-15重量份
改性助剂 20-40重量份
所述2-丙基咪唑类离子液体的制备方法是：将2-丙基咪唑和卤代烷混合后，微波加热至60-80℃，同时进行搅拌反应，合成得到卤代2-丙基咪唑类离子液体，将卤代2-丙基咪唑类离子液体和无机盐进行离子交换得到2-丙基咪唑类离子液体；
所述改性助剂的制备方法是：将草酸和凹凸棒土加入去离子水中，微波加热至50-70℃、高速搅拌0.5-1h，搅拌速度为800-1200r/min，搅拌均匀后加入壳聚糖，继续搅拌0.5-1h，搅拌速度为300-600r/min制得所述改性助剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，其特征在于，所述2-丙基咪唑和卤代烷的摩尔比为1：1.1-1.3。
3.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，其特征在于，所述卤代2-丙基咪唑类离子液体和无机盐的摩尔比为1：1.05-1.1。
4.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，其特征在于，所述卤代烷为1-氯丙烷、1,2-二氯乙烷、溴乙烷中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，其特征在于，所述无机盐为氢氧化钠、醋酸钠、氢氧化钾、氯化钠、氯化钾中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液，其特征在于，所述草酸、去离子水、凹凸棒土和壳聚糖的质量比为8-12：8-12：1-5：6-10。
7.根据权利要求1所述的一种基于离子液体的土壤重金属淋洗液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a)按重量份称取原料，将月桂基甘油醚磺酸钠、乙二胺四乙酸四钠、磷脂和酒石酸加入到搅拌釜中混合，搅拌10-20min，搅拌均匀后加入改性助剂，继续搅拌30-60min，搅拌速度为300-600r/min；
步骤b)将搅拌釜加热至30-60℃，加入2-丙基咪唑类离子液体和单宁酸，高速搅拌20-40min，搅拌速度为600-1000r/min，冷却降温制得基于离子液体的土壤重金属淋洗液。
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| GR01 | Patent grant | ||
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