CN114247742A - 一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料及治理方法 - Google Patents

一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料及治理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料及治理方法，泡沫复合修复材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：表面活性剂1‑10份、增稠剂0.1‑1份、稳定剂1‑5份、氧化剂1‑5份、纳米颗粒1‑5份及水59‑87.9份。污染土壤异味治理方法包括以下步骤：1)将增稠剂分散至水中，之后依次加入表面活性剂、稳定剂，得到混合液；2)将混合液、氧化剂及纳米颗粒加入至泡沫喷射装置中，并混合均匀；3)通过泡沫喷射装置喷出泡沫，使泡沫覆盖在有异味的污染土壤上。与现有技术相比，本发明能够治理污染土壤异味，减少污染土壤中异味物质向大气中的扩散。

Description

一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料及治理方法
技术领域
本发明属于污染土壤治理技术领域，涉及一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料及治理方法。
背景技术
随着工业迅猛发展和城市化进程加快，场地污染问题日趋严重，其中，场地异味污染是典型的扰民污染，也是居民主要的投诉类型，其主要通过人的嗅觉感官作用于人的心理，使人产生不愉快的感觉，并对人体有一定的危害性。
目前，针对有机污染场地修复时，由于土壤的开挖和运输等对场地扰动，有机污染物挥发泄露产生异味扰民，造成环境二次污染，且无有效收集方法。针对污染场地产生的异味，国内通用技术为搭建临时异味储存仓库或者使用充气大棚、钢结构大棚等对土壤进行遮蔽，但上述构建物造价昂贵，占地大，易损耗。
目前，国内外关于异味污染土壤治理方面已经开展了大量工作。
CN111282987A公开了一种治理污染土壤异味的抑制剂及其治理方法。抑制剂的组成为3部分，分别为聚天门冬氨酸水溶液或羧甲基纤维素水溶液、海藻酸钠水溶液、氯化钙水溶液或硝酸钙水溶液。先将前两种组分喷洒在污染土壤表面，随后立即喷洒剩余组分，在污染土壤上形成水凝胶膜，从而达到对污染土壤异味的抑制目的。
CN112852433A公开了一种污染场地异味控制剂及制备方法。将原料按一定比例分散于水中，加入交联剂后在40℃-80℃下反应制得控制剂产品，将其喷洒到污染场地表面，组分沿土壤孔隙下渗并与土壤形成黏结体，从而阻止土壤中的异味物质向大气中挥发。
CN112898837A公开了一种污染场地异味控制剂及其制备方法。异味控制剂结合了泡沫剂和液态地膜的成分，喷洒后产生大量泡沫，随着泡沫消失，在土壤表面形成致密高分子膜结构，从而抑制土壤表面异味向周围大气扩散的目的。
CN112974508A提供了一种缓释吸附泡沫。发泡的主要成分是水解蛋白，稳定剂为氯化锌和硫酸锌，表面活性剂是十二烷基糖苷，增稠剂为黄原胶或羧丙基甲基纤维素，膨润土颗粒起到了增稠和稳定的作用。该泡沫对污染土壤释放的异味物质进行抑制。
上述这些抑制剂虽然阻挡了污染土壤异味的挥发，但是有异味的有机物并没有完全分解，只是保留在土壤中，有可能会加重土壤的污染。此外，这些抑制剂在配制过程中，有些需要使温度达到80℃，吸附着异味的吸附剂也会给土壤造成负担。
发明内容
本发明的目的是提供一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料及治理方法，能够完全去除污染土壤中的异味，减少药剂的使用量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，该材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：表面活性剂1-10份、增稠剂0.1-1份、稳定剂1-5份、氧化剂1-5份、纳米颗粒1-5份及水59-87.9份。
进一步地，所述的表面活性剂包括水解蛋白、甜菜碱、烷基多糖苷、AOS粉、吐温、曲拉通中的一种或更多种。
进一步地，所述的增稠剂包括硅酸铝、聚丙二醇藻蛋白酸酯、聚丙烯酸钠、聚氨基甲酸酯、聚氧乙烯中的一种或更多种。
进一步地，所述的稳定剂包括氯化钠、碳酸钠中的一种或更多种。
进一步地，所述的氧化剂为过硫酸钠。
进一步地，所述的纳米颗粒包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种或更多种。
一种泡沫复合修复材料在污染土壤异味治理中的应用。
一种污染土壤异味治理方法，基于所述的泡沫复合修复材料，所述的治理方法包括以下步骤：
1)将增稠剂分散至水中，之后依次加入表面活性剂、稳定剂，得到混合液；
2)将混合液、氧化剂及纳米颗粒加入至泡沫喷射装置中，并混合均匀；
3)通过泡沫喷射装置喷出泡沫，使泡沫覆盖在有异味的污染土壤上。
进一步地，步骤1)中，在室温下将增稠剂加入至水中，之后静置1-6小时，使增稠剂完全分散在水中。
进一步地，步骤3)中，泡沫在有异味的污染土壤上的覆盖厚度为4-6cm。
将泡沫复合修复材料形成的泡沫覆盖于污染土壤上，污染土壤挥发的异味物质被泡沫气泡与溶液阻隔溶解，附着于泡沫液膜上与泡沫液膜间隙之间的纳米颗粒物能够对泡沫中的异味物质进一步吸附，大大减少异味物质从泡沫中的逸出，溶液中的氧化剂与异味物质进一步发生氧化反应，最终分解成二氧化碳和水，从而大大减少了污染土壤中异味物质向大气中的扩散。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)泡沫作为胶体分散体，气泡均匀分布于溶液中，泡沫中的气泡对污染土壤挥发的异味物质有一定的阻隔作用，泡沫中的溶液也对异味物质有一定的溶解作用。
2)氧化剂对异味有机物有氧化降解作用。将氧化剂加入泡沫配方中，不仅对泡沫配方中的有机物影响小，还增加了泡沫的稳定性。
3)将纳米颗粒加入泡沫配方中，由于纳米颗粒吸附在泡沫表面，使泡沫从均相变成了非均相，减小了泡沫之间的接触面积，阻止泡沫聚并和歧化，并且纳米颗粒的吸附能够与液膜形成一种三维骨架结构，进而阻止过高的温度带来的消泡作用。
4)表面活性剂选取生物表面活性剂，无毒绿色可降解，不产生二次污染。
5)泡沫复合修复材料若采用一步法配制，将全部组分一起按照比例与水混合，溶液容易凝固成团，搅拌成泡沫时，泡沫结构分布不均匀，对泡沫稳定性造成影响，且氧化剂会对配方中的发泡剂、增稠剂产生氧化效果，降低发泡剂的发泡效果。而本发明采用分步法，先把增稠剂加入水中，并且静置1-6个小时，使增稠剂的分子链在水中延展，减少增稠剂在水中凝结的机会；待增稠剂全部均匀地分散在水中后，向溶液中添加表面活性剂和稳定剂。当要对异味土壤进行阻隔时，再把含有增稠剂、表面活性剂和稳定剂的溶液与氧化剂、纳米颗粒一起放入泡沫喷射装置中，混合均匀，这样可以避免氧化剂对表面活性剂、增稠剂的氧化，也避免纳米颗粒提前加入导致的液体分层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供了一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，该材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：表面活性剂1-10份、增稠剂0.1-1份、稳定剂1-5份、氧化剂1-5份、纳米颗粒1-5份及水59-87.9份。
其中，表面活性剂包括水解蛋白、甜菜碱、烷基多糖苷、AOS粉、吐温、曲拉通中的一种或更多种。增稠剂包括硅酸铝、聚丙二醇藻蛋白酸酯、聚丙烯酸钠、聚氨基甲酸酯、聚氧乙烯中的一种或更多种。稳定剂包括氯化钠、碳酸钠中的一种或更多种。氧化剂为过硫酸钠。纳米颗粒包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种或更多种。
本发明同时提供了上述泡沫复合修复材料在污染土壤异味治理中的应用。
基于上述泡沫复合修复材料的污染土壤异味治理方法，包括以下步骤：
1)将增稠剂分散至水中，之后依次加入表面活性剂、稳定剂，得到混合液；
2)将混合液、氧化剂及纳米颗粒加入至泡沫喷射装置中，并混合均匀；
3)通过泡沫喷射装置喷出泡沫，使泡沫覆盖在有异味的污染土壤上。
步骤1)中，在室温下将增稠剂加入至水中，之后静置1-6小时，使增稠剂完全分散在水中。
步骤3)中，泡沫在有异味的污染土壤上的覆盖厚度为4-6cm。
对比例1：
一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，由包括以下质量百分数的组分制成：水解蛋白1.0％、椰油酰胺丙基甜菜碱0.5％、聚氧乙烯0.9％、氯化钠5.0％、吐温803.0％、水89.6％。
基于上述泡沫复合修复材料的污染土壤异味治理方法，包括以下步骤：
(1)在室温下，向水中加入聚氧乙烯，静置2个小时；
(2)向步骤(1)中加入水解蛋白、椰油酰胺丙基甜菜碱、氯化钠、吐温80，超声功率为100kw，超声5min，即得；
(3)将步骤(2)中所得的混合液倒入泡沫喷射装置中，压力恒定在0.3MPa状态稳定；
(4)将发泡后的泡沫复合材料覆盖于污染土壤表面，泡沫高度为5cm；
(5)泡沫消失后，形成液体流入土壤中，最后被土壤中的微生物降解。
对比例2：
一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，由包括以下质量百分数的组分制成：AOS粉1.3％、月桂酰胺甜菜碱3％、聚丙烯酸钠0.2％、烷基多糖苷APG12141.3％、碳酸钠1.5％、纳米二氧化钛1.5％、水91.2％。
基于上述泡沫复合修复材料的污染土壤异味治理方法，包括以下步骤：
(1)在室温下，向水中加入聚丙烯酸钠，静置1个小时；
(2)向步骤(1)中加入AOS粉、月桂酰胺甜菜碱、烷基多糖苷APG1214、碳酸钠，超声功率为100kw，超声5min，即得；
(3)将步骤(2)中所得的混合液和纳米二氧化钛倒入泡沫喷射装置中，压力恒定在0.3MPa状态稳定；
(4)将发泡后的泡沫复合材料覆盖于污染土壤表面，泡沫高度为5cm；
(5)泡沫消失后，形成液体流入土壤中，最后被土壤中的微生物降解。
对比例3：
一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，由包括以下质量百分数的组分制成：水解蛋白1.0％、椰油酰胺丙基甜菜碱5.0％、聚丙烯酸钠0.3％、氯化钠5.0％、曲拉通X-100 3.0％、过硫酸钠2.0％、水83.7％。
基于上述泡沫复合修复材料的污染土壤异味治理方法，包括以下步骤：
(1)在室温下，向水中加入聚丙烯酸钠，静置2个小时；
(2)向步骤(1)中加入水解蛋白、椰油酰胺丙基甜菜碱、氯化钠、曲拉通X-100，超声功率为100kw，超声5min，即得；
(3)将步骤(2)中所得的混合液中加入过硫酸钠倒入泡沫喷射装置中，压力恒定在0.3MPa状态稳定；
(4)将发泡后的泡沫复合材料覆盖于污染土壤表面，泡沫高度为5cm；
(5)泡沫消失后，形成液体流入土壤中，最后被土壤中的微生物降解。
实施例：
一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，由包括以下质量百分数的组分制成：水解蛋白1.0％、椰油酰胺丙基甜菜碱5.0％、聚氧乙烯0.8％、氯化钠5.0％、曲拉通X-100 3.0％、纳米二氧化硅2.0％、过硫酸钠1.0％、水82.2％。
基于上述泡沫复合修复材料的污染土壤异味治理方法，包括以下步骤：
(1)在室温下，向水中加入聚氧乙烯，静置2个小时；
(2)向步骤(1)中加入水解蛋白、椰油酰胺丙基甜菜碱、氯化钠、曲拉通X-100，超声功率为100kw，超声5min，即得；
(3)将步骤(2)中所得的混合液中加入纳米二氧化硅、过硫酸钠倒入泡沫喷射装置中，压力恒定在0.3MPa状态稳定；
(4)将发泡后的泡沫复合材料覆盖于污染土壤表面，泡沫高度为5cm；
(5)泡沫消失后，形成液体流入土壤中，最后被土壤中的微生物降解。
效果实验1：
实验目的：验证对比例1-3、实施例中的泡沫复合修复材料对污染土壤中的异味有抑制效果。
实验设计：使用便携式火焰离子化检测仪(FID)检测使用本泡沫复合修复材料与不使用泡沫复合修复材料的污染土壤的气味大小，通过对照实验验证本泡沫复合修复材料的抑制效果。
实验操作：取五个250ml玻璃瓶(编号A、B、C、D、E)，分别加入100g石英砂、25ml四氯乙烯，瓶A不加泡沫，瓶B加入对比例1泡沫复合修复材料形成的泡沫，瓶C加入对比例2泡沫复合修复材料形成的泡沫，瓶D加入对比例3泡沫复合修复材料形成的泡沫，瓶E加入实施例泡沫复合修复材料形成的泡沫并覆盖在浸润四氯乙烯的石英砂上形成泡沫层，泡沫厚度5cm。每隔一段时间使用FID检测挥发性有机物浓度。
实验结果：
表1不同时间FID值(mg/m3)
Figure BDA0003407693230000061
由表1可以看出，瓶B-D(对比例1-3)和瓶E(实施例)中，四氯乙烯的挥发浓度明显低于无泡沫覆盖的四氯乙烯挥发浓度，且瓶E(实施例)中四氯乙烯的挥发浓度显著低于瓶B-D(对比例1-3)，可以看出，本发明泡沫复合修复材料组分中的氧化剂和纳米颗粒缺一不可，缺少其中任何一种组分，所得泡沫复合修复材料对污染土壤异味的阻隔功能都大大降低。
效果实验2：
实验目的：验证对比例1-3、实施例中的泡沫复合修复材料对污染土壤中的异味有抑制效果。
实验设计：使用VOCs释放舱和气相色谱仪在线检测使用本泡沫复合修复材料与不使用泡沫复合修复材料的污染土壤的气味大小，通过对照实验验证本泡沫复合修复材料的抑制效果。
实验操作：取四个250ml玻璃瓶(编号A、B、C、D)，分别加入100g石英砂、25ml四氯乙烯，瓶A加入对比例1泡沫复合修复材料形成的泡沫，瓶B加入对比例2泡沫复合修复材料形成的泡沫，瓶C加入对比例3泡沫复合修复材料形成的泡沫，瓶D加入实施例泡沫复合修复材料形成的泡沫并覆盖在浸润四氯乙烯的石英砂上形成泡沫层，泡沫厚度5cm。分别把瓶A-D放入温度为40℃、湿度为30％的VOCs释放舱内。每隔一段时间用气相色谱仪在线检测挥发性有机物的峰面积，以便换算成阻断率。
实验结果：
表2不同时间阻断率(％)
Figure BDA0003407693230000071
由表2可以看出，实施例所得泡沫复合修复材料对石英砂中四氯乙烯的阻隔效率明显高于对比例1-3所得的泡沫复合修复材料，可以看出，本发明泡沫复合修复材料组分中的氧化剂和纳米颗粒缺一不可，缺少其中任何一种组分，所得泡沫复合修复材料对污染土壤异味的阻隔功能都大大降低。
效果实验3：
实验目的：验证对比例2与实施例中的泡沫复合修复材料对污染土壤中的异味有机物去除和抑制效果。
实验设计：使用高效液相色谱仪检测使用本泡沫复合修复材料与不使用泡沫复合修复材料的污染土壤的有机物含量，通过对照实验验证本泡沫复合修复材料的去除效果。
实验操作：取两个塑料方盒(编号A、B)加入含有PAHs的污染土壤20g，并分别将15g对比例2和实施例的泡沫复合修复材料形成的泡沫均匀覆盖于盒A和盒B污染土壤上，在待处理的污染土壤的表层形成泡沫层。将盛有覆盖泡沫的污染土壤的塑料方盒置于室温环境下进行反应，反应24h后终止反应，利用高效液相色谱仪检测剩余PAHs含量，以计算PAHs的去除率。
结果显示，6小时内，盒A中的四氯乙烯的挥发率为12.5％；盒B中的四氯乙烯的挥发率仅为9.6％。反应24h后，对比例2所得泡沫复合修复材料对土壤中蒽、芘、苯并芘、总多环芳烃的去除率均为0％；实施例所得泡沫复合修复材料对土壤中蒽的去除率为90.0％，芘的去除率为89.2％，苯并芘的去除率为79.9％，总多环芳烃的去除率为88.5％。由此可以看出，本发明泡沫复合修复材料组分中的氧化剂不可或缺，否则泡沫复合修复材料对污染土壤中有机物的去除功能会大大降低。
效果实验4：
实验目的：验证对比例1-3、实施例中的泡沫复合修复材料在不同温度下的发泡性能。
实验设计：采用动态泡沫分析仪分析泡沫复合修复材料在不同温度下的半衰期，即泡沫高度降低到一半的时间。
实验操作：取50ml泡沫复合修复材料放入量筒中，设定搅拌速度为5000r/min，搅拌时间3min，设定不同的加热温度，记录半衰期。
实验结果：
表3不同温度下的半衰期(min)
Figure BDA0003407693230000091
由表3可以看出，实施例中的泡沫复合修复材料在60℃下，泡沫的半衰期仍可以达到180min，明显优于对比例，可以看出，本发明泡沫复合修复材料组分中的氧化剂和纳米颗粒缺一不可，缺少其中任何一种组分，所得泡沫复合修复材料的应用场景大大受限。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，其特征在于，该材料由包括以下重量份含量的组分制备而成：表面活性剂1-10份、增稠剂0.1-1份、稳定剂1-5份、氧化剂1-5份、纳米颗粒1-5份及水59-87.9份。
2.根据权利要求1所述的一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，其特征在于，所述的表面活性剂包括水解蛋白、甜菜碱、烷基多糖苷、AOS粉、吐温、曲拉通中的一种或更多种。
3.根据权利要求1所述的一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，其特征在于，所述的增稠剂包括硅酸铝、聚丙二醇藻蛋白酸酯、聚丙烯酸钠、聚氨基甲酸酯、聚氧乙烯中的一种或更多种。
4.根据权利要求1所述的一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，其特征在于，所述的稳定剂包括氯化钠、碳酸钠中的一种或更多种。
5.根据权利要求1所述的一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，其特征在于，所述的氧化剂为过硫酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种治理污染土壤异味的泡沫复合修复材料，其特征在于，所述的纳米颗粒包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种或更多种。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的泡沫复合修复材料在污染土壤异味治理中的应用。
8.一种污染土壤异味治理方法，基于如权利要求1至6任一项所述的泡沫复合修复材料，其特征在于，所述的治理方法包括以下步骤：
1)将增稠剂分散至水中，之后依次加入表面活性剂、稳定剂，得到混合液；
2)将混合液、氧化剂及纳米颗粒加入至泡沫喷射装置中，并混合均匀；
3)通过泡沫喷射装置喷出泡沫，使泡沫覆盖在有异味的污染土壤上。
9.根据权利要求8所述的一种污染土壤异味治理方法，其特征在于，步骤1)中，在室温下将增稠剂加入至水中，之后静置1-6小时，使增稠剂完全分散在水中。
10.根据权利要求8所述的一种污染土壤异味治理方法，其特征在于，步骤3)中，泡沫在有异味的污染土壤上的覆盖厚度为4-6cm。
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