超声波强化萃取污染土壤重金属的研究

【摘要】由于对化学反应的特殊加速作用,超声波在环境污染修复方面的应用已成为研究热点。本论文研究了在振荡、超声波强化和超声波强化+振荡3种萃取条件下去离子水、HCl和EDTA对污染土壤中Pb、Cd、Cu、Zn的萃取效果以及差异。采用正交实验方法,研究了萃取剂(HCl和EDTA)浓度、固液比、超声波作用时间、超声波功率、萃取次数这5个因素对土壤中4种重金属元素萃取效果的影响,选出最优实验条件,并采用BCR连续提取法,分析了采用最优条件萃取前后污染土壤中4种重金属不同形态的含量变化。主要结果如下：(1)0.05mol·L-1HCl和0.05mol·L-1EDTA对污染土壤中Pb、Cd、Cu和Zn的萃取能力远远高于去离子水对污染土壤中这4种重金属的萃取能力；但是在单次提取时,EDTA和HCl均会使土壤中Pb、Cu和Zn酸可提取态含量升高。(2)超声波强化显著缩短了土壤重金属萃取所需的时间,用0.05mol·L-1HCl和0.05mol·L-1EDTA作为萃取剂,超声波强化萃取10min能达到与振荡萃取2h相似的重金属去除效果。超声波作用10min,HCl对土壤Pb、Cd、Cu、Zn的去除率分别为30.54%、76.73%、17.59%和19.37%,EDTA对4者的去除率分别为78.05%、79.25%、43.07%和21.74%。超声波不会改变重金属与去离子水和EDTA这两种萃取剂的亲和程度大小,只是提高了重金属从土壤中释放及其与萃取剂结合的效率。(3)超声波强化HCl萃取土壤中重金属的最优条件为：HCl浓度100mmol·L-1,固液比1：5,超声波作用时间20min,超声波功率5%,萃取3次。此时,污染土壤中Pb、Cd、Cu、Zn的去除率分别为80.91%、82.19%、49.40%和51.93%。超声波强化EDTA萃取土壤中重金属的最优条件为：EDTA浓度20mmol·L-1,固液比1：20,超声波作用时间5min,超声波功率1%,萃取3次。此时,污染土壤中Pb、Cd、Cu、Zn的萃取率分别达到78.02%、74.20%、51.59%和33.36%。(4)萃取液浓度是影响土壤重金属超声波强化萃取效率的重要因素,随着HCl和EDTA浓度的升高,4种金属的去除率升高。超声波强化萃取不仅能有效去除以酸可提取态、碳酸盐结合态和有机结合态存在的重金属,也有助于有效去除以残渣态存在的重金属。本实验中,在超声波强化HCl萃取最优实验条件下,土壤中残渣态Pb、Cd、Cu、Zn的去除率分别达到74.92%、82.64%、42.82%和56.37%。在超声波强化EDTA萃取最优实验条件下,土壤中残渣态Pb、Cd、Cu、Zn的去除率分别达到64.00%、56.76%、44.73%和38.60%。在超声波作用下,100mmol·L-1的HCl萃取效果略高于20mmol·L-1的EDTA。
【作者】邱琼瑶；
【导师】廖柏寒；
【作者基本信息】中南林业科技大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】重金属；土壤；超声波；萃取；形态分析；HCl；EDTA；

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