柠檬酸对蒙脱石粘土中铅的淋洗初步研究

摘要：本论文以蒙脱石粘土为研究对象，选用无毒、易降解、二次污染小且价格相对低廉的柠檬酸为淋洗剂，通过振荡淋洗法研究柠檬酸对粘土中Pb的淋洗行为，探讨淋洗剂浓度、pH、离子强度、水土比等对淋洗效果的影响。

关键词：柠檬酸；淋洗；铅；蒙脱石

1实验材料与方法

1.1 试剂与仪器

实验中所涉及的化学试剂主要包括硝酸铅、硝酸、柠檬酸、氯化镁、盐酸羟胺、双氧水及盐酸等。实验中所涉及的仪器设备主要包括电子天平、实验室超纯水机、台式离心机、电热恒温鼓风干燥箱、精密定时电动搅拌器、光照全温振荡器、超声波清洗机等。

1.2 污染土的制备

蒙脱石经自然风干，研磨过200目筛，放入烘箱（105℃）烘干后，称取100g，储存在棕色玻璃瓶中备用。用超纯水配制Pb(NO3)2溶液对蒙脱石粘土进行污染，其浓度为1000mg/kg。分别间歇搅拌上述污染土2周后，放置老化1个月，自然风干，研磨过200目筛备用。模拟污染土中不同形态的Pb采用Tessier法提取，Pb总量采用王水消解法提取，溶液经0.22μm亲水性微孔滤膜过滤，通过电感耦合等离子体质谱仪，检测溶液中Pb含量。

1.3 淋洗试验设计

1.3.1 淋洗时间对淋洗效果的影响

分别取铅污染土5.0g于50mL离心管中，加入0.05mol/L的柠檬酸100mL，置于25℃恒温震荡器中，以转速250r/min震荡30min、60min、120min、180min、240min、300min、360min、420min。用10mL注射器吸取反应后的上清液，经过0.22μm亲水性微孔滤膜过滤，通过电感耦合等离子体质谱仪，检测溶液中Pb的浓度。

1.3.2 淋洗剂浓度的影响

取铅污染土1.0g于50mL离心管中，分别加入0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.08、0.1mol/L的柠檬酸20mL，置于25℃恒温震荡器中，以转速250r/min震荡6h。用10mL注射器吸取反应后的上清液，经过0.22μm亲水性微孔滤膜过滤，通过电感耦合等离子体质谱仪，检测溶液中Pb的浓度。

1.3.3 溶液pH值和离子强度的影响

取Pb污染土1.0g于50mL离心管中，分别加入0.005mol/L柠檬酸20mL。设置柠檬酸的pH梯度为2，3，4，通过投加0.17g、0.017g、0.0017gNaNO3固体，调节其离子强度分别为0.1、0.01、0.001mol/L。将不同pH和离子强度条件下的淋洗溶液置于25℃恒温震荡器中，以转速250r/min震荡6h。其他测定步骤同上。

1.3.4 水土比的影响

取Pb污染土1.0g于50mL离心管中，分别加入0.005mol/L的柠檬酸5mL、10mL、20mL、30mL，以转速250r/min震荡6h。其他测定步骤同上。

2柠檬酸对粘土中Pb淋洗效果研究

2.1 不同因素对Pb淋洗效果的影响

2.1.1 淋洗时间对淋洗效果的影响

从图中可见，随着反应时间的增加，柠檬酸对Pb的淋洗量呈现逐渐增大的趋势。在淋洗的最初阶段，柠檬酸对Pb的淋洗速率较快，4h时 Pb的淋洗量达到620.8mg/kg，去除率为62.08%；相比最初较大的淋洗速率，4h之后淋洗速率随着时间延长均变得平缓，6h后反应达到平衡，此时Pb的淋洗量达到647.6mg/kg，去除率为64.76%。

选用准二级动力学方程能很好的拟合柠檬酸对蒙脱石污染土上Pb的淋洗，相关系数R2>0.99，其理论平衡淋洗量qe和实际平衡淋洗量基本一致，淋洗过程以化学淋洗为速率控制，表明该过程中淋洗剂与金属离子之间存在共价键力。柠檬酸对Pb的淋洗以配位键形式结合Pb2+，因此该过程以化学淋洗为主。

2.1.2 不同淋洗剂浓度的影响

由图2能够看出随着柠檬酸浓度的增大，污染土中Pb的淋洗去除率均呈增大趋势，其中柠檬酸浓度从0.01mol/L（pH=2.75）增加到0.02mol/L（pH=2.64）时，Pb的淋洗去除率迅速增大，可能是因为pH的减小，说明酸性条件下，较低的pH更有利于淋洗的发生。柠檬酸浓度从0.02mol/L增加到0.1mol/L时，柠檬酸对Pb的淋洗量增加幅度变小，当浓度增加到0.2mol/L时，对土壤中Pb的去除率可以达到53.63%，淋洗量为536.3mg/kg，此时Pb的淋洗去除率达到了最大去除率的80%以上；当浓度增加到0.1mol/L时，对土壤中Pb的去除率达到63.89%，淋洗量为638.9mg/kg。

柠檬酸的有效官能团是三个羧基、一个羟基，当羧基和羟基与重金属离子络合容易形成反应团聚使得土壤中重金属的解吸效果更好，因此，随着柠檬酸浓度的增加，重金属Pb的去除率增加。

2.1.3 pH值和离子强度的影响

pH对柠檬酸淋洗蒙脱石污染土上Pb的影响不太显著，由于在pH>4时溶液出现了浑浊，故此次试验只做了在pH=2~4时，离子强度分别为0.1mol/L、0.01mol/L 及0.001mol/L的淋洗试验。因此，在pH=2~4时，随着pH值的增大，淋洗去除率呈减少趋势。

蒙脱石的零点电荷（ZPC）为3.5，当pH＜pHZPC时，使蒙脱石粘土矿物表面带正电荷，表面基团逐渐被质子化，使土壤对阳离子的束缚能力变弱，H+不会被吸附，使得土壤中Pb2+处于游离状态，有利于去除。