北方伟业计量集团有限公司
近年来,土壤重金属污染已成为一个严重的环境问题,土壤重金属污染对生态环境和人类健康造成了巨大威胁,因此修复重金属污染土壤是关系国计民生的迫切需求。按处理原理不同,重金属污染土壤的修复方法主要分为物理修复、化学修复和生物修复.在这些土壤修复技术中,淋洗法是应用最广,技术最成熟、可彻底去除土壤中重金属的技术之一。其原理是通过解吸和增溶作用将结合在土壤上的污染物转移到液相中,从而从土壤中将其去除.对于现有的淋洗技术而言,最重要的是淋洗剂的选择。常用的淋洗剂有无机酸、有机酸、无机盐、螯合剂和表面活性剂等。无机酸和有机酸等淋洗剂主要通过酸解、络合、阳离子交换等作用实现解吸和溶解,但无机酸易破坏土壤结构,降低土壤肥力,有机酸去除土壤中重金属的效率较低。FeCl3、CaCl2等无机盐通过络合(例如Cd2++yCl-oCdCl,)、阳离子交换等作用实现解吸和溶解,但会造成土壤肥力降低。螯合剂和表面活性剂通过配位、架桥以及降低界面张力等作用实现解吸和溶解,但某些人工表面活性剂和人工螯合剂会影响土壤生物活性,且长时间存在于土壤中,不易分解,易造成二次污染,而皂角苷等天然螯合剂价格昂贵,难以大规模应用。因此,寻找高效、成本低廉且对土壤环境破坏(或风险)较小的淋洗剂,是当前土壤淋洗修复技术的关键问题之一。
氨基酸盐作为一种有机盐,具有无毒无害、易生物降解、制备简单、成本比生物螯合剂等天然材料低的优点。氨基酸盐是强酸弱碱盐,其水溶液具有一定的酸性,阳离子中含有可与金属离子形成配位键的氨基和羧基。因此,氨基酸盐作为淋洗剂,可发挥与无机盐和有机酸类似的作用,从而洗脱土壤中的重金属。因此,本研究以2种氨基酸盐为淋洗剂,探究其去除土壤中镉的可行性,并测试不同淋洗剂浓度、淋洗时间和液-土质量比条件下对镉的去除率,探究淋洗对土壤理化性质的影响,进一步研究氨基酸盐对土壤的修复效果。
1材料与方法
1.1供试土壤
供试土壤采集自湖南省湘潭市水稻田中表层土(0~20cm),土壤样品剔除植物根系和石块后,自然风干、研磨后过2mm尼龙筛备用。土壤中Cd的全量测定采用HF-HNOs-HCl消解法,然后用火焰原子吸收进行含量测定。土壤理化性质的测定参照《土壤农业化学分析方法》。土壤重金属污染物主要是Cd,其含量远高于《农用地土壤污染风险管控标准》中的土壤环境质量标准(GB15618—2018,pHW6.5,Cd含量W0.4mg/kg)。供试土壤为弱酸性(pH=6.20),有机质含量仅为12.42mg/kg,阳离子交换量为15.52cmol/kg,属于中等保肥能力土壤。供试土壤中砂粒占25.40%,粉粒占40.31%,黏粒占34.29%,为壤质黏土。供试土壤中全氮,全磷,全钾含量分别为1.07g/kg、0.63g/kg、17.95g/kg。由于采样点为农田土壤,供试土壤中镉质量浓度为1.25mg/kg,根据土壤环境质量标准(GB15618—1996,pHW6.5,Cd浓度W0.3mg/kg),该土壤中镉含量超标4倍,需要对其进行处理。
1.2氨基酸盐的制备和表征
分别在250ml1mol/L盐酸和硝酸溶液中加入18.8g甘氨酸搅拌均匀,将得到的混合液倒入装有冷凝装置的500ml圆底烧瓶中,60弋下恒温反应8h,最后用旋转蒸发仪减压蒸馏,产物用乙酸乙酯洗涤,然后抽滤,60弋下干燥,分别得到25.40g和31.75g白色固体粉末,即为氯化甘氨酸[Gly][Cl]和硝酸甘氨酸[Gly][NO3,反应式如下:HCl]+:NH2CH2COOH]^[coohch2nh3]+[Cl]-:hno3]+[nh2ch2cooh]^:coohch2nh3]+[no3]-以氧化氘为溶剂,采用瑞士Bruker500MHz核磁共振谱仪测定氨基酸盐的「H谱(图1)。图谱中仅有2个位移峰:%3.77(s,2H,-CH2),%4.71(s,1H,-NH3,-CH2-COOH),未发现其他杂质峰,制备的氨基酸盐纯度〉95%。
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