TWI767780B

TWI767780B - 金屬移除劑及土壤整治方法

Info

Publication number: TWI767780B
Application number: TW110124670A
Authority: TW
Inventors: 許藝騰; 王致傑; 王元亨; 李妙如; 陳欽鈞; 高志明
Original assignee: 和協環保科技股份有限公司
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2022-06-11
Also published as: TW202302818A

Abstract

本發明提供一種金屬移除劑及土壤整治方法。該金屬移除劑包含：30至45重量份的氧化鎂，其中氧化鎂具備多孔結構；8至12重量份的乳化劑；8至12重量份的烷基糖苷；8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯；及35至45重量份的水。

Description

金屬移除劑及土壤整治方法

本發明係關於一種移除劑及土壤整治方法，特別是關於一種金屬移除劑及土壤整治方法。

在工業化發展的時代，往往有許多工業污染被排放至自然界中，例如，土壤可能被各種金屬廢棄物所污染。

為解決上述污染問題，目前有許多克服方案，例如現地穩定化技術，在污染介質中加入特定添加劑，以化學或物理的方式減少有害成分的毒性、溶解遷移性。最常用方法是通過降低有害物質的溶解性，減少因滲濾對環境的影響。

然而，現有的添加劑仍不足以解決遭遇金屬污染的場址。故，有必要提供一種金屬移除劑應用於土壤及地下水之整治方法。

本發明之一目的在於提供一種金屬移除劑應用於土壤及地下水整治方法，其通過使用特定的組成物來達成迅續鋪展於注藥井周遭之砂土顆粒與孔隙間，其中還通過植物型介面劑(例如脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO))、乳化劑(例如司盤20(span 20)、司盤40(span 40)、司盤60(span 60)、司盤80(span 80)、吐溫20(tween 20)、吐溫40(tween 40)、吐溫60(tween 60)及吐溫80(tween 80)中的至少一種)與烷基糖苷(APG) 系列來具備良好之擴散與生物分解特性。因此，能有效將礦物粉分散至污染修復區域，並用以吸附地下水污染場址之氟鹽、砷、鉛…等重金屬，透過(奈米)礦物粉末移除水體重金屬，其有利於藥劑於土壤地下水中傳輸及具備降低人力管理成本之優勢。

為達上述的目的，本發明提供一種金屬移除劑，包含：30至45重量份的氧化鎂，其中氧化鎂具備多孔結構；8至12重量份的乳化劑；8至12重量份的烷基糖苷；8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯；及35至45重量份的水。

在本發明一實施例中，該金屬移除劑更包含0.5至1.0重量份的微量元素。

在本發明一實施例中，該微量元素包含維生素B群。

在本發明一實施例中，該乳化劑包含司盤20、司盤40、司盤60、司盤80、吐溫20、吐溫40、吐溫60及吐溫80中的至少一種。

在本發明一實施例中，該金屬移除劑更包含0.01至0.015重量份的卵磷脂。

在本發明一實施例中，該金屬移除劑更包含0.005至0.01重量份的羧甲基纖維素。

為達上述的目的，本發明提供一種土壤整治方法，包含步驟：提供如上所述的任一實施例的金屬移除劑；及注入該金屬移除劑至一待整治土壤中。

在本發明一實施例中，提供該金屬移除劑的步驟包含：混合30至45重量份的氧化鎂、8至12重量份的乳化劑、8至12重量份的烷基糖苷、8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯以及35至45重量份的水，以形成一第一混合液；以及通過一均質裝置以1500至2800RPM的一轉速均勻混合該第一混合液，以獲得一第一均質液。

在本發明一實施例中，提供該金屬移除劑的步驟還包含：混合0.01至0.015重量份的卵磷脂、0.005至0.01重量份的羧甲基纖維素以及0.45至0.55重量份的水，以形成一第二混合液；通過該均質裝置以11000至13000RPM的一轉速均勻混合該第二混合液，以形成一第二均質液；以及混合該第二均質液與該第一均質液以獲得該金屬移除劑。

在本發明一實施例中，該氧化鎂的多孔結構是通過碳酸鈉溶液與氧化鎂溶液反應生產氧化鎂前驅物，以及利用450至500℃鍛燒該氧化鎂前驅物而形成。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

本發明一實施例之金屬移除劑包含：30至45重量份的氧化鎂，其中氧化鎂具備多孔結構；8至12重量份的乳化劑；8至12重量份的烷基糖苷；8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯；及35至45重量份的水。在一實施例中，氧化鎂例如可以是奈米結構(例如平均粒徑介於35 nm至150 nm之間)。該氧化鎂作為奈米礦物粉末，可用於移除水體重金屬，並利於藥劑於土壤地下水中傳輸及具備降低人力管理成本之優勢。在一實施例中，氧化鎂例如可以是31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43或44重量份。

在一實施例中，該乳化劑包含司盤20(span 20)、司盤40(span 40)、司盤60(span 60)、司盤80(span 80)、吐溫20(tween 20)、吐溫40(tween 40)、吐溫60(tween 60)及吐溫80(tween 80)中的至少一種。在一具體範例中，該乳化劑具備良好之擴散與生物分解特性，能有效將礦物粉分散至污染修復區域，並用以吸附地下水污染場址之重金屬(例如氟鹽、砷、鉛等等)。在一實施例中，乳化劑例如可以是8.5、9、9.5、10、10.5、11或11.5重量份。

在另一實施例中，脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)是植物型介面劑，具備良好之擴散與生物分解特性，能有效將礦物粉分散至污染修復區域，並用以吸附地下水污染場址之重金屬(例如氟鹽、砷、鉛等等)。在一實施例中，脂肪醇聚氧乙烯醚例如可以是8.5、9、9.5、10、10.5、11或11.5重量份。

在又一實施例中，烷基糖苷(APG) 具備良好之擴散與生物分解特性，能有效將礦物粉分散至污染修復區域，並用以吸附地下水污染場址之重金屬(例如氟鹽、砷、鉛等等)。在一實施例中，烷基糖苷例如可以是8.5、9、9.5、10、10.5、11或11.5重量份。

在一實施例中，水主要作為溶劑，以金屬移除劑。在另一實施例中，水例如可以是36、37、38、39、40、41、42、43或44重量份。

由上可知，本發明至少利用乳化劑、烷基糖苷及/或脂肪醇聚氧乙烯來達成有效將礦物粉分散至污染修復區域，並用以吸附地下水污染場址之重金屬，並通過具備多孔結構的氧化鎂來處理重金屬。

在一實施例中，本發明實施例的金屬移除劑還可包含0.5至1.0重量份的微量元素，該微量元素可作為微量營養素，以提供予待整治土壤的微生物。在一具體範例中，該微量元素包含維生素B群。

在一實施例中，本發明實施例的金屬移除劑還可包含0.01至0.015重量份的卵磷脂，卵磷脂可做為界面活性劑。

在一實施例中，本發明實施例的金屬移除劑還可包含0.005至0.01重量份的羧甲基纖維素。羧甲基纖維素的存在可以使本發明實施例的金屬移除劑具有乳膠狀之高聚合特性，有效將藥物擴散至污染整治區域。

另一方面，本發明的金屬移除劑基本上由特定重量份的氧化鎂、乳化劑、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯及水(任選地，還可包含特定重量份的微量元素及/或卵磷脂及/或羧甲基纖維素)。

要提到的是，本發明實施例之金屬移除劑至少是基於具有多孔結構的奈米鎂來對土壤中的重金屬進行處理，並且還通過其他組成物來達成擴散及生物分解的效果。

另外要提到的是，本發明實施例之金屬移除劑至少是通過包含有特定重量份的氧化鎂、乳化劑、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯及水來達成可同時處理多種類重金屬污染的土壤(例如氟鹽、砷、鉛等等)。

請參照第1圖，本發明一實施例之土壤整治方法10，主要包含下列步驟11至12：提供本發明任一實施例的金屬移除劑(步驟11)；及注入該金屬移除劑至一待整治土壤中(步驟12)。

在一實施例中，提供該金屬移除劑的步驟包含：混合30至45重量份的氧化鎂、8至12重量份的乳化劑、8至12重量份的烷基糖苷、8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯以及35至45重量份的水，以形成一第一混合液；以及通過一均質裝置(例如一市售均質機)以1500至2800RPM的一轉速均勻混合該第一混合液，以獲得一第一均質液。在一範例中，該第一均質液可以是金屬移除劑。

在另一實施例中，提供該金屬移除劑的步驟還包含：混合0.01至0.015重量份的卵磷脂、0.005至0.01重量份的羧甲基纖維素以及0.45至0.55重量份的水，以形成一第二混合液；通過該均質裝置以11000至13000RPM的一轉速均勻混合該第二混合液，以形成一第二均質液；以及混合該第二均質液與該第一均質液以獲得該金屬移除劑。換言之，提供該金屬移除劑的步驟可以是通過將第一均質液與第二均質液混合來提供。但要提到的是，在一些情況下，卵磷脂與羧甲基纖維素也可以直接加入第一混合液後利用均質裝置進行均勻混合。

在一實施例中，該氧化鎂的多孔結構是通過碳酸鈉溶液與氧化鎂溶液反應生產氧化鎂前驅物，以及利用450至500℃鍛燒該氧化鎂前驅物而形成。具體的，利用化學沉澱法製備具有多孔結構的氧化鎂(MgO)。在一具體範例中，整體反應可在室溫(例如25~30℃)下進行，將約100 mL的1 M碳酸鈉溶液緩慢添加至約80 mL的1 M MgO中以產生白色沉澱物(即MgO前驅物)，進而透過450~500℃高溫鍛燒以合成多孔結構MgO。在一範例中，該MgO材料中富含多孔結構材(約佔65~75%)與具備奈米粒徑之粉體(約佔25~35%)。

以下舉出一實施例，以說明本發明實施例之金屬移除劑確實能處理土壤中的重金屬。

實施例1

首先，提供本發明實施例的金屬移除劑，例如混合30至45重量份的氧化鎂、8至12重量份的乳化劑、8至12重量份的烷基糖苷、8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯以及35至45重量份的水，以形成一第一混合液(可視情況加入0.5至1.0重量份的微量元素(例如包含維生素B群)。要提到的是，氧化鎂具備多孔結構，該氧化鎂的多孔結構例如是通過碳酸鈉溶液與氧化鎂溶液反應生產氧化鎂前驅物，以及利用約450℃鍛燒該氧化鎂前驅物而形成。

之後，通過一均質裝置以1500至2800RPM的一轉速均勻混合該第一混合液，以獲得一第一均質液。接著，混合0.01至0.015重量份的卵磷脂、0.005至0.01重量份的羧甲基纖維素以及0.45至0.55重量份的水，以形成一第二混合液；通過該均質裝置以11000至13000RPM的一轉速均勻混合該第二混合液，以形成一第二均質液；以及混合該第二均質液與該第一均質液以獲得實施例1之金屬移除劑。

實施例2

實施例2的製備方式大致上相同於實施例1，不同之處在於該氧化鎂的多孔結構是利用約500℃鍛燒該氧化鎂前驅物而形成。

之後，將實施例1與2的金屬移除劑分別注入至一待整治土壤中，並且通過市售儀器測量各金屬的濃度改變狀況。分析結果如下：

首先，不論是實施例1或2，在使用劑量為0.2g/L至1.0g/L的情況下，皆可將砷濃度由0.8 mg/L降低至＜0.01mg/L (第一類管制標準0.05 mg/L)。

另一方面，不論是實施例1或2，在不同酸鹼水中(pH 2-10)皆具有良好之氟鹽去除成效(介於80-99%)，且去除成效不易受到水中共存陰離子影響。由現地模場結果得知，實施例1或2具高傳輸的特性可在較短時間藉由水體擴散至土壤孔隙中與污染物反應，而達到去除成效。由現地受氟鹽影響場址(氟鹽濃度介於7.0~10.0 mg/L)投藥結果得知，為期1年間歇性投藥，水中氟鹽濃度均可控制在法規規範之監測標準(4.0 mg/L)以下，且藥劑灌注後可維持1~2個月以上效力。因此，以實施例1或2進行地下水氟鹽污染整治工作，不會造生二次污染且適用於大部分環境狀況，整治過程亦能藉由材料緩釋及即效之特性以達到污染控制目的，確實具有市場應用潛力。

又一方面，實際於污染場址現地試驗受鉛污染之地下水，添加實施例1或2(約 1%(w/w))進行效益驗證。於地下水鉛污染初始濃度為0.824 mg/L(超出管制標準值約8~10倍)，pH值為3.3~3.5，反應1個月後於鉛濃度迅速下降為0.007~0.008 (pH 8.0)，明顯低於地下水監測標準值(0.05mg/L)。由於實施例1或2進行水中金屬移除具有強親和力及吸附力，使地下水中之鉛污染無再度釋出之跡象。

另一方面，將實施例1與2以水中鉛離子移除方案來進行細部比較，實施例2具有比實施例1更高的效率。例如在現地採取的鉛水進行反應，其反應時間15分、振盪頻率100rpm、使用劑量為0.5g/L、水樣體積為50mL的條件下，水中鉛離子濃度原為0.446mg/L，添加實施例1並在15分後測量可得到鉛離子濃度下降至0.091 mg/L(約移除79.5%)，添加實施例2並在15分後測量可得到鉛離子濃度下降至0.043 mg/L(約移除90.3%)。另外，若是拉長等待時間，添加實施例1並在12小時後測量可得到鉛離子濃度下降至0.055 mg/L(約移除87.6%)，添加實施例2並在12小時後測量可得到鉛離子濃度下降至0.039 mg/L(約移除91.2%)。

另外，以上述類似的條件對10ppm的鉛離子溶液進行比較，實施例2也具有比實施例1更高的效率。例如10ppm的鉛離子溶液進行反應，其反應時間15分、振盪頻率100rpm、使用劑量為0.5g/L、水樣體積為50mL的條件下，水中鉛離子濃度原為10.308 mg/L，添加實施例1並在15分後測量可得到鉛離子濃度下降至4.418 mg/L(約移除57.1%)，添加實施例2並在15分後測量可得到鉛離子濃度下降至1.157 mg/L(約移除88.8%)。另外，若是拉長等待時間，添加實施例1並在12小時後測量可得到鉛離子濃度下降至1.111 mg/L(約移除89.2%)，添加實施例2並在12小時後測量可得到鉛離子濃度下降至0.414 mg/L(約移除96.0%)。

由上可知，本發明的實施例1與2能有效將礦物粉分散至污染修復區域，並用以吸附地下水污染場址之氟鹽、砷、鉛…等重金屬，透過(奈米)礦物粉末移除水體重金屬，其有利於藥劑於土壤地下水中傳輸及具備降低人力管理成本之優勢。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:方法 11~12:步驟

第1圖是本發明一實施例之土壤整治方法的流程示意圖。

10:方法

11~12:步驟

Claims

一種金屬移除劑，包含： 30至45重量份的氧化鎂，其中氧化鎂具備多孔結構； 8至12重量份的乳化劑； 8至12重量份的烷基糖苷； 8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯；以及 35至45重量份的水。
如請求項1所述的金屬移除劑，更包含0.5至1.0重量份的微量元素。
如請求項2所述的金屬移除劑，其中該微量元素包含維生素B群。
如請求項1所述的金屬移除劑，其中該乳化劑包含司盤20、司盤40、司盤60、司盤80、吐溫20、吐溫40、吐溫60及吐溫80中的至少一種。
如請求項1所述的金屬移除劑，更包含0.01至0.015重量份的卵磷脂。
如請求項1所述的金屬移除劑，更包含0.005至0.01重量份的羧甲基纖維素。
一種土壤整治方法，包含步驟：提供如請求項1所述的金屬移除劑；及注入該金屬移除劑至一待整治土壤中。
如請求項7所述的土壤整治方法，其中提供該金屬移除劑的步驟包含：混合30至45重量份的氧化鎂、8至12重量份的乳化劑、8至12重量份的烷基糖苷、8至12重量份的脂肪醇聚氧乙烯以及35至45重量份的水，以形成一第一混合液；以及通過一均質裝置以1500至2800RPM的一轉速均勻混合該第一混合液，以獲得一第一均質液。
如請求項8所述的土壤整治方法，其中提供該金屬移除劑的步驟還包含：混合0.01至0.015重量份的卵磷脂、0.005至0.01重量份的羧甲基纖維素以及0.45至0.55重量份的水，以形成一第二混合液；通過該均質裝置以11000至13000RPM的一轉速均勻混合該第二混合液，以形成一第二均質液；以及混合該第二均質液與該第一均質液以獲得該金屬移除劑。
如請求項7所述的土壤整治方法，其中該氧化鎂的多孔結構是通過碳酸鈉溶液與氧化鎂溶液反應生產氧化鎂前驅物，以及利用450至500℃鍛燒該氧化鎂前驅物而形成。