槐糖脂生物表面活性剂增效重金属污染土壤电动修复研究

摘要

表面活性剂对土壤中重金属离子具有络合作用和增流作用，是增效重金属污染土壤电动修复的重要措施之一。槐糖脂生物表面活性剂分子结构中不仅具有羧基等多个对金属离子具有络合作用的活性基团，而且具有低毒、易于生物降解等特性，因而在强化重金属污染土壤电动修复中具有良好的应用潜力。然而，应用槐糖脂生物表面活性剂增效重金属污染土壤电动修复的相关研究尚未开展。
　　本论文以评价和确定槐糖脂生物表面活性剂在强化重金属污染土壤电动修复中适用性为主要目的，首先确定槐糖脂生物表面活性剂与土壤中常见重金属离子铜(Cu2+)、铅(Pb2+)、锌(Zn2+)、镉(Cd2+)的络合稳定常数及温度、pH、离子强度对其影响，然后考察了槐糖脂、铅、镉在土壤基质上的吸附解吸附行为，进而将槐糖脂应用于重金属污染土壤的电动修复中，优化其增效去除重金属离子的电动修复条件，并探讨强化污染土壤电动修复的机制。论文主要研究结果如下:
　　(1)应用等摩尔系列法，测定了槐糖脂与土壤中常见重金属离子Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+及土壤常量金属离子Ca2+、Mg2+的络合稳定常数。6种金属离子与槐糖脂的络稳定常数的大小顺序为:Cu2+＞Pb2+＞Cd2+＞Zn2+＞Ca2+＞Mg2+，表明槐糖脂优先络合4种重金属离子，因而可作为络合剂强化污染土壤电动修复，进一步研究表明，Pb2+、Cu2+、Zn2+与槐糖脂的络合常数随着离子强度的增加而减小，表明离子强度的增加不利于重金属与槐糖脂的络合反应的进行;Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+与槐糖脂的络合常数随溶液pH增大而显著增大，这主要是由于随pH增大，槐糖脂的电离度增大，对金属离子的络合点位增多在288-303K的温度范围内，Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+与槐糖脂的络合常数随温度变化无显著变化。
　　(2)槐糖脂和不同类型的重金属在土壤基质上的吸附类型不同。其中，槐糖脂在土壤基质上的吸附等温曲线符合Langmuir形式，最大吸附量为11.228mg/g，Pb2+在土壤中的吸附等温线符合Langmuir形式，最大吸附量为5309.65mg/kg，Cd2+在土壤中的吸附等温线则符合Freundlich形式。增大pH对槐糖脂在土壤上的吸附量具有抑制作用，却促进了Pb2+和Cd2+在土壤基质上的吸附，这是由土壤表面吸附位点上的正负电荷数量变化导致;离子强度的增加增大了槐糖脂在土壤基质上吸附，却阻碍了Pb2+和Cd2+在土壤基质上吸附，这是由于Na+影响土壤颗粒表面吸附点位所致。应用在槐糖脂浓度为750mg/L时，槐糖脂对重金属离子Pb2+和Cd2+淋洗去除率分别16％和21％;在槐糖脂浓度在100mg/L-1000mg/L范围内，两种金属的去除率都随着槐糖脂浓度的增加而增加;在pH在4-8范围内，Pb2+和Cd2+淋洗去除速率随pH值增大而增大;在288-308K温度范围内，Pb2+和Cd2+去除率随着温度的升高而降低;随洗脱剂离子强度的增大，Pb2+的去除率增大而Cd2+去除率则下降。
　　(3)通过添加槐糖脂生物表面活性剂增效电动修复过程，并考察处理时间、电压、有机质含量、阴极pH控制对去除效果的影响。结果表明，在15V下处理96h，添加750mg/L槐糖脂的电动修复体系Pb2+和Cd2+去除率分别达到44.0％和38.9％，分别较未添加槐糖脂修复体系提高32.8％和20.3％，这是由于槐糖脂具有络合增溶作用，有利于重金属解吸和迁移。在2天到11天的修复时间，Cd2+的去除率随修复时间增长而增大，Pb2+则在4天时去除率最高;在15-30V的电压下，Cd2+的去除率随电压增长而增大，Pb2+则在15V时去除率最高，这可能是由于重金属离子形态在土壤中存在差异所致。综合考虑经济成本和Pb2+、Cd2+的总去除率，确定优化处理时间和电压分别为96h和15V。在1.348-2.695％浓度范围内，Pb2+和Cd2+的去除率随有机质含量的增加而增加，这是由于有机质起到表面活性剂的作用，有利于重金属离子的去除。采用0.01M乙酸控制pH对Pb2+和Cd2+的去除效果最佳，去除率分别达到52.2％和88.7％。综上，本实验所确定的Pb2+和Cd2+污染土壤电动修复的优化条件为:添加槐糖脂750mg/L，电压为15V，0.01M乙酸控制pH，处理时间为96h。

目录

声明

摘要

引言

第一章 文献综述

1．1 土壤重金属的来源、污染状况及危害

1．1．1 土壤重金属的来源

1．1．2 我国土壤重金属污染状况

1．1．3 土壤重金属污染危害

1．2 重金属污染土壤的修复技术

1．2．1 物理修复

1．2．2 化学修复

1．2．3 生物修复

1．2．4 物理-化学修复

1．3 重金属污染土壤电动修复技术研究进展

1．3．1 电动修复技术的基本原理

1．3．2 电动技术修复重金属污染土壤的局限和增效措施

1．4 生物表面活性剂强化重金属污染土壤电动修复技术研究

1．4．1 生物表面活性剂种类、结构和特点

1．4．2 生物表面活性剂与重金属离子络合性能

1．4．3 生物表面活性剂在强化重金属污染土壤电动修复中的应用进展

1．5 论文研究目的和主要内容

1．5．1 论文研究目的和内容

1．5．2 论文研究方案和技术路线

第二章 槐糖脂生物表面活性剂与不同重金属的络合常数及影响因素

2．1 实验材料与仪器

2．2 等摩尔系列法测定络合稳定常数原理

2．3 实验方法

2．3．1 贮备液和标准溶液配制

2．3．2 等摩尔系列法测定络合稳定常数

2．3．3 线性扫描溶出伏安法测定镉、铜、铅、锌离子

2．3．4 离子色谱法测定钙、镁离子

2．3．5 环境因子对络合作用的影响

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 槐糖脂与不同金属离子的络合比及络合常数

2．4．2 离子强度对络合常数的影响

2．4．3 pH对络合常数的影响

2．4．4 温度对络合常数的影响

2．5 本章小结

第三章 槐糖脂生物表面活性剂对土壤中重金属的淋洗增溶作用

3．1 材料与方法

3．1．1 土壤样品的采集与制备

3．1．2 实验仪器与材料

3．1．3 摇瓶批次实验方法

3．1．4 pH对吸附量及洗脱铅、镉的影响

3．1．5 离子强度对吸附量及洗脱铅、镉的影响

3．1．6 槐糖脂从土壤基质上解吸附金属离子的平衡时间

3．1．7 槐糖脂浓度对洗脱铅、镉的影响

3．1．8 温度对洗脱铅、镉的影响

3．2 结果与讨论

3．2．1 槐糖脂及铅镉在土壤上的吸附作用

3．2．2 不同pH环境下槐糖脂及铅镉在土壤中吸附量的影响

3．2．3 离子强度对槐糖脂和重金属离子在土壤基质吸附作用的影响

3．2．4 槐糖脂生物表面活性剂对重金属离子的淋洗去除作用

3．2．5 温度对对槐糖脂去除重金属的影响

3．2．6 离子强度对槐糖脂淋洗去除土壤中重金属作用的影响

3．3 本章小结

第四章 槐糖脂增效重金属污染土壤电动修复

4．1 实验材料与方法

4．1．1 实验材料与仪器

4．1．2 实验方法

4．2 实验结果和讨论

4．2．1 修复时间槐糖脂增效修复重金属污染土壤电动修复效率的影响

4．2．2 电压对槐糖脂增效重金属污染土壤电动修复效率的影响

4．2．3 有机质对槐糖脂增效重金属污染土壤电动修复效率的影响

4．2．4 控制阴极pH对槐糖脂增效重金属污染土壤电动修复效率的影响

4．3 本章小结

第五章 结论与认识

5．1 主要结论和创新点

5．2 有待进一步研究的问题和展望

参考文献

致谢

个人简历