一种淋洗修复镉污染土壤的方法技术

本发明专利技术公开了一种淋洗修复镉污染土壤的方法，属于土壤修复技术邻域。本发明专利技术以氨基酸‑盐酸离子液体水溶液作为淋洗剂，按水土比为大于2:1在镉污染土壤中加入淋洗剂，振荡，固液分离，即可完成淋洗。本发明专利技术的土壤淋洗方法中所用的淋洗剂与现有淋洗剂相比，不但对土壤养分流失量少，且能够增加土壤中的速效磷和氮元素，具有一定的增加肥力的作用；本发明专利技术的淋洗方法的淋洗效率高，镉的去除率高达84％，具有修复效率高、可操作性强，环境风险小等特点。

A Method for Rehabilitation of Cadmium Contaminated Soil by Leaching

The invention discloses a method for leaching and repairing cadmium-contaminated soil, which belongs to the neighbourhood of soil remediation technology. The method takes amino acid and hydrochloric acid ionic liquid aqueous solution as eluent, adds eluent in cadmium contaminated soil according to the ratio of soil to water larger than 2:1, oscillates, and separates solid from liquid, so as to complete the elution. Compared with the existing leaching agent, the leaching agent used in the soil leaching method of the present invention not only has less loss of soil nutrients, but also can increase available phosphorus and nitrogen elements in the soil, and has a certain effect of increasing fertility. The leaching method of the present invention has high leaching efficiency, high removal rate of cadmium as high as 84%, and has the characteristics of high restoration efficiency, strong operability and low environmental risk.

【技术实现步骤摘要】
一种淋洗修复镉污染土壤的方法
本专利技术涉及一种淋洗修复镉污染土壤的方法，属于土壤修复技术邻域。
技术介绍
20世纪以来，土壤重金属污染问题日益加重。2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤重金属污染超标点位占到了全部超标点位的82.8％，其中镉(Cd)污染已成为土壤无机污染的主要污染物之一。镉能够经过植物根系吸收后累计和迁移，据统计，我国镉污染农田面积达27.86万公顷，镉含量超标农产品每年达14.6亿千克，我国稻米中有10％超过了0.2mg/kg的限量标准(GB15201294)，严重威胁人民健康。现有的重金属污染土壤的修复方法种类繁多，主要包括淋洗修复、植物提取、电动修复和钝化修复等。其中，淋洗技术因修复效率高、周期短、工艺简单等特点而被广泛应用。淋洗剂通过解吸、螯合、溶解等作用提高土壤中重金属元素的移动性，彻底去除污染物。淋洗剂的选择和优化是淋洗修复应用的关键，目前常用的淋洗剂有无机酸、螯合剂、表面活性剂等。但它们存在着破坏土壤的性质和养分、淋洗成本高等问题。氨基酸是生物大分子蛋白质的基本组成单位，无毒、易降解，且价格低廉。作为肥料可促进作物生长、提高品质；作为优质氮源对土壤微生物活性有激发作用，可明显缓解土壤连作障碍，氨基酸分子中含有的胺基和羧基对金属离子有亲和力。但氨基酸用于土壤淋洗并不能洗脱土壤中的重金属。
技术实现思路
【技术问题】现有技术的淋洗剂存在破坏土壤性质和养分、淋洗成本高等问题。【技术方案】为了解决上述问题，本专利技术提供了一种修复镉污染农田土的方法，所述方法以氨基酸-盐酸离子液体作为淋洗剂，对土壤营养成分损失小，且能够高效除去土壤中的镉。具体，本专利技术的技术方案为：一种修复镉污染农田土的方法，所述方法以氨基酸-盐酸离子液体水溶液作为淋洗剂进行土壤淋洗。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法具体为：按一定的水土比在镉污染土壤中加入淋洗剂，振荡，固液分离，即可完成淋洗。在本专利技术的一种实施方式中，所述氨基酸-盐酸离子液体水溶液的浓度为0.3-1.0mol/L，优选为0.3～0.5mol/L。在本专利技术的一种实施方式中，所述淋洗剂和土壤的质量比(即为水土比)大于2:1，优选2～6:1，最优选4:1。在本专利技术的一种实施方式中，所述振荡时间为2-5小时，振荡速度为200-400rpm。在本专利技术的一种实施方式中，所述固液分离通过机械脱水或重力沉淀法实现，其中机械脱水优选为离心分离，离心转速为3000-4000r/min，时间5-10min。在本专利技术的一种实施方式中，所述氨基酸-盐酸离子液体优选为甘氨酸-盐酸离子液体，即[Gly][Cl]。在本专利技术的一种实施方式中，所述氨基酸-盐酸离子液体的制备方法为：将氨基酸加入到盐酸溶液中，其中氨基酸和盐酸的摩尔比为1：1，混合均匀后，反应2～8h，减压蒸馏得到白色固体粉末，即为氨基酸-盐酸离子液体。在本专利技术的一种实施方式中，氨基酸-盐酸离子液体的制备方法中，所述反应的温度为20℃-70℃。本专利技术的有益效果：本专利技术的土壤淋洗方法中所用的淋洗剂与现有淋洗剂相比，本专利技术的淋洗方法的淋洗效率高，镉的去除率高达84％，此外，不但对土壤养分流失量少，且能够增加土壤中的速效磷和氮元素，具有一定的增加肥力的作用，本专利技术方法具有修复效率高、可操作性强，环境风险小等特点。附图说明图1为甘氨酸-盐酸离子液体产品图。图2为甘氨酸-盐酸离子液体和甘氨酸的核磁共振氢谱图，其中D2O为溶剂，a为甘氨酸的核磁氢谱图，b为甘氨酸-盐酸离子液体的核磁氢谱图。图3为淋洗液处理后的土壤的扫描电镜图，其中，A和B分别为放大20000和10000倍的淋洗处理前的土壤，C和D分别为放大20000和10000倍的淋洗处理后的土壤。具体实施方式镉的去除率的计算公式如下：镉去除量：M＝C*V/m；镉去除率：R＝(M/M金)*100％式中：M：淋洗液去除的镉的淋洗量(mg·kg-1)；C：淋洗液中镉浓度(mg·L-1)；V：淋洗液体积(L)；m：土样质量(kg)；R：镉去除率(％)；M金：土样中金属含量(kg)。土壤养分的检测方法：土壤有机质采用烧灼法，速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度法，全氮采用半微量凯氏定氮法，全磷采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法，全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法。本实验采用的土壤为湖南湘潭市水稻田中的表层土(0-20cm)，土壤中镉浓度为20mg/kg，且土壤中镉含量有效态含量占总量的80％以上，有效态镉易于被植物吸收，进而进入人体，危害人类健康，此淋洗剂和淋洗方法可以有效降低土壤中有效态镉含量达80％。实施例1(1)取21.5mL36％盐酸倒入烧杯，用去离子水溶解后定容于250mL容量瓶中，配成1mol/L盐酸；(2)将18.8g甘氨酸倒入步骤(1)配好的溶液中，搅拌均匀；(3)将步骤(2)得到的混合液倒入装有冷凝装置的500mL圆底烧瓶中，60℃下恒温反应8小时；(4)减压蒸馏步骤(3)得到的溶液，得到白色固体粉末，为甘氨酸-盐酸离子液体，如图1所示([参见《新型氨基酸离子液体条件下壳聚糖纤维的制备和性能研究》，唐英俊，硕士毕业论文，青岛科技大学，2011年6月，第2.2.2节])，制备得到的甘氨酸-盐酸离子液体的化学式为：[HCl]+[NH2CH2COOH]→[COOHCH2NH3]+[Cl]-。测定制备得到的甘氨酸-盐酸离子液体的核磁共振氢谱，得到的结果如图2所示，通过比较可以知道在图中，1号碳原子上的氢峰发生了明显偏移，具体位移值δH3.94ppm→3.45ppm。说明盐酸中H原子加到了N上，形成了正离子，从而影响了1号碳原子上的氢，使其化学位移产生了变化，可见，本专利技术制备得到是甘氨酸-盐酸离子液体。同理，将半胱氨酸和苏氨酸分别代替甘氨酸，按照本实施例的方法分别制备得到半胱氨酸-盐酸离子液体和苏氨酸-盐酸离子液体，备用。实施例2将甘氨酸加入到盐酸溶液中，其中甘氨酸和盐酸的摩尔比为1：1，混合均匀后，在20℃反应5h，减压蒸馏得到白色固体粉末，即为甘氨酸-盐酸离子液体。实施例3称取5.00g镉污染土样，按水土比2:1分别加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0mol/L甘氨酸-盐酸离子液体水溶液(实施例1制备得到)，室温下振荡2h，3000r/min下离心5min，过滤，测上清液中重金属镉的含量，各重复处理3次，结果见表1。结果表明，甘氨酸-盐酸离子液体水溶液浓度为0.5mol/L时对镉去除率最高，可达75％。由于淋洗液浓度越大对土壤养分破坏会越严重，且考虑到成本问题，优选0.3mol/L甘氨酸-盐酸离子液体水溶液为最佳淋洗液浓度，此浓度下，镉的去除率为72％，且随着之后淋洗液浓度增大，去除率的变化小于5％。表1甘氨酸-盐酸离子液体水溶液浓度对土壤中镉的去除率的影响浓度(mol/L)0.10.20.30.40.50.71.0去除率(％)44597274757574实施例4称取5.00g镉污染土样，按水土比2:1加入浓度为0.3mol/L甘氨酸-盐酸离子液体水溶液(实施例1制备得到)，室温下分别振荡0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、6.0h，3000r/min下离心5min，过滤，测上清液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种淋洗修复镉污染土壤的方法，其特征在于，以氨基酸‑盐酸离子液体水溶液作为淋洗剂对土壤进行淋洗。

【技术特征摘要】
1.一种淋洗修复镉污染土壤的方法，其特征在于，以氨基酸-盐酸离子液体水溶液作为淋洗剂对土壤进行淋洗。2.根据权利要求1所述的一种淋洗修复镉污染土壤的方法，其特征在于，在被镉污染的土壤中加入淋洗剂，振荡，固液分离，即可完成淋洗。3.根据权利要求2所述的一种淋洗修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述氨基酸-盐酸离子液体水溶液的浓度为0.3-1.0mol/L。4.根据权利要求2或3所述的一种淋洗修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述淋洗剂和土壤的质量比为大于2：1。5.根据权利要求2～4任一所述的一种淋洗修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述振荡的时间为2-5小时，振荡的速度为200-400rpm。6.根据权利要求2～5任一所述的一种淋洗修复镉污...

【专利技术属性】
技术研发人员：高欣，邓芸，唐道远，汤颖玺，曹文义，宋飞跃，谢利娟，阮文权，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32