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无机萃取剂去除污染土壤中重金属的研究

作　者: 肖锦华
导　师: 廖柏寒
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 环境科学
关键词: 土壤重金属无机萃取剂化学萃取
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文选用湖南省郴州柿竹园和衡阳水口山两个典型矿区附近重金属污染的水稻土为研究对象,根据两种土壤性质及重金属污染类型,选用无机萃取剂中具有代表性的酸(HCl)和盐(Na2S203.CaCl2)进行萃取试验,通过改善萃取条件的单因子实验和正交试验,得到各重金属达到最大去除率时的条件组合。采用Tessier五步连续提取法对萃取前后土壤的Pb.Zn.Cu和Cd进行形态分析,讨论三种萃取剂对重金属Pb.Zn.Cu和Cd的萃取效率及形态变化特征。最后通过大豆幼苗毒性试验来检验化学萃取对污染土壤的修复效果及其对植物生长的影响。本论文的主要研究结果如下：(一)三种萃取剂能有效去除污染土壤中的重金属。单因子实验结果有相当高的可靠性,对各萃取条件的水平选择及影响大小与正交试验结果一致,但在较次要影响因素的具体水平上存在偏差。综合实验结果认为,对三种萃取剂萃取效率影响最大的因素均为萃取剂的浓度,其次是土液比和萃取次数,时间和温度的影响最小。(二)三种萃取剂中对Pb.Zn.Cd.Cu萃取效果最好的为HCl,最佳条件组合为：HCl浓度为100 mmol·L-1,时间3-4 h(郴州3 h,衡阳4 h),温度30℃,固液比为1：15,连续萃取2-3次以上。最佳萃取条件下,郴州土壤中4种重金属的去除率分别为Pb-51.23%、Zn-20.16%、Cd-82.55%、Cu-44.17%,衡阳土壤4种重金属的去除率分别为Pb-61.02%、Zn-17.52%、Cd-77.34%、Cu-74.58%。Na2S2O3作为萃取剂时的最佳条件组合为：浓度为100 mmol·L-1,萃取时间为3 h,土液比为1：15,温度为40℃,萃取2-4次。最佳萃取条件下,郴州土壤中4种重金属的去除率分别为Pb-21.11%、Zn-5.11%、Cd-73.15%、Cu-29.12%,衡阳土壤4种重金属的去除率分别为Pb-55.12%、Zn-12.90%、Cd-58.78%、Cu-66.04%.CaCl2对两种土壤中Cd的萃取效果最好。达到最佳萃取效果时的条件组合为CaCl2浓度为100 mmol·L-1,萃取时间4 h,温度(郴州40℃,衡阳35℃),土液比(郴州1：10,衡阳1：15),萃取次数为郴州3次衡阳4次。最佳萃取条件下,郴州土壤中4种重金属的去除率分别为Pb-7.85%、Zn-15.18%、Cd-78.74%、Cu-0.01%,衡阳土壤三种重金属的去除率分别为Pb-39.66%、Zn-18.31%、Cd-65.28%、Cu-20.39%。(三)土壤重金属形态分析实验表明,化学萃取会使各金属在土壤中形态分布发生变化,萃取后各金属的交换态含量都显著下降,其他形态含量也有一定的下降,其中残渣态的含量虽下降但百分含量却有不同程度的增加,说明化学萃取会使部分残渣态金属解析,但解析量很小。(四)用最佳萃取条件处理后的土壤进行大豆毒性试验,结果表明,化学萃取在去除土壤中重金属的同时会造成土壤pH改变及营养元素的流失。萃取后土壤中,CaCl2处理的土壤中种子发芽率最高,为100%。HCl和Na2S2O3处理后的土壤中种子发芽率均较低。因此,使用无机萃取剂处理后土壤需要进一步改良才能有利于植物种植。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-31
  1.1 土壤重金属污染  11-13
    1.1.1 我国土壤重金属污染及现状  11-12
    1.1.2 湖南地区土壤重金属污染现状  12-13
  1.2 土壤重金属污染来源、分布、特点及危害  13-19
    1.2.1 土壤重金属污染来源  13-14
    1.2.2 土壤重金属污染分布及迁移转化  14-16
    1.2.3 土壤重金属污染特点  16-17
    1.2.4 土壤重金属污染危害  17-19
  1.3 重金属污染土壤的修复技术  19-25
    1.3.1 物理修复技术  19-20
    1.3.2 化学修复技术  20-22
    1.3.3 生物修复技术  22-25
    1.3.4 生态修复技术  25
  1.4 化学萃取技术及其研究进展  25-30
    1.4.1 化学萃取技术的方法原理  25
    1.4.2 化学提取/萃取剂的种类及其作用机制  25-27
    1.4.3 影响化学萃取效率的主要因素  27-28
    1.4.4 相关研究的主要进展  28-30
  1.5 研究意义与目的  30-31
2 实验材料与研究方法  31-40
  2.1 实验材料  31-32
    2.1.1 土样的采集  31
    2.1.2 土样的预处理  31-32
    2.1.3 主要仪器和药品  32
  2.2 土壤样品的理化性质测定  32-36
    2.2.1 土壤pH值(H20)的测定  32
    2.2.2 阳离子交换量的测定(氯化钡-硫酸镁法)  32-33
    2.2.3 土壤有机质含量的测定  33-34
    2.2.4 土壤中总Pb、总Zn、总Cu、总Cd浓度的测定  34
    2.2.5 土壤中交换态Pb、Zn、Cu、Cd含量的测定  34
    2.2.6 土壤重金属形态的测定  34-35
    2.2.7 郴州、衡阳两种土壤理化性质  35-36
  2.3 化学萃取单因子实验方法  36-37
    2.3.1 萃取剂浓度的确定及萃取剂的筛选  36
    2.3.2 萃取时间(指样品在振荡器上振荡的时间)的确定  36-37
    2.3.3 土液比的确定  37
    2.3.4 温度的确定  37
    2.3.5 萃取次数的确定  37
  2.4 正交实验设计方法  37-39
    2.4.1 试验设计  37-38
    2.4.2 实验方法  38-39
  2.5 大豆种子毒性试验方法  39-40
3 实验结果与分析  40-82
  3.1 郴州土壤单因子萃取实验结果与讨论  40-49
    3.1.1 萃取剂浓度对各金属去除率的影响及萃取剂的筛选  40-44
    3.1.2 时间对各种金属去除率的影响  44-45
    3.1.3 土液比对各种金属去除率的影响  45-47
    3.1.4 温度对各种金属去除率的影响  47-48
    3.1.5 萃取次数对各种金属去除率的影响  48-49
    3.1.6 小结与讨论  49
  3.2 衡阳土壤单因子萃取实验结果与讨论  49-56
    3.2.1 萃取剂浓度对各种金属去除率的影响  49-51
    3.2.2 时间对各种金属去除率的影响  51-52
    3.2.3 土液比对各种金属去除率的影响  52-53
    3.2.4 温度对各种金属去除率的影响  53-54
    3.2.5 萃取次数对各种金属去除率的影响  54-56
    3.2.6 小结与讨论  56
  3.3 郴州土壤正交试验结果与分析  56-65
    3.3.1 盐酸做萃取剂的正交试验结果分析  59-61
    3.3.2 硫代硫酸钠做萃取剂的正交试验结果分析  61-63
    3.3.3 氯化钙做萃取剂的正交试验结果分析  63-65
  3.4 衡阳土壤正交试验结果与分析  65-72
    3.4.1 盐酸做萃取剂的正交试验结果分析  65-67
    3.4.2 硫代硫酸钠做萃取剂的正交试验结果分析  67-69
    3.4.3 氯化钙萃做萃取剂正交试验结果分析  69-72
  3.5 化学萃取前后土壤重金属各形态变化  72-78
    3.5.1 萃取前后各金属形态分布变化  73-77
    3.5.2 讨论与结论  77-78
  3.6 化学萃取前后土壤重金属对大豆幼苗生长影响  78-82
    3.6.1 化学萃取前后大豆种子发芽率  78-79
    3.6.2 大豆幼苗生长状况分析  79-80
    3.6.3 讨论与结论  80-82
4 结论、创新与展望  82-85
  4.1 结论  82-83
  4.2 主要创新点  83
  4.3 展望  83-85
参考文献  85-95
附录  95-96
致谢  96

无机萃取剂去除污染土壤中重金属的研究

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