以超音波水浴结合酸萃取进行土壤重金属移除.docx

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以超音波水浴结合酸萃取进行土壤重金属移除

研究生:

呂毅平

研究生（外文）:

Yi-PingLui

論文名稱:

以超音波水浴結合酸萃取進行土壤重金屬移除

論文名稱（外文）:

Ultrasonic-Bath-AssistedAcidExtractioninHeavyMetalsContaminatedSoils

指導教授:

薩支高

土壤清洗是利用萃取劑在土壤顆粒表面進行反應，若以超音波水浴振動取代傳統往覆式振盪或攪拌等物理處理過程，應可提高萃取效率。

本研究目的為探討超音波水浴結合土壤酸萃取來處理污染土壤之可行性，並找出較佳的超音波水浴操作條件。

過程針對不同供試土壤（人工配製及現地污染土壤）進行超音波水浴酸洗處理，分析超音波水浴酸洗處理之重金屬去除效率，並以序列萃取來觀察重金屬型態分佈改變之現象。

本研究首先比較傳統與超音波振動酸萃取，確認超音波水浴之可行性，發現超音波水浴酸萃取可在短時間內就達與傳統萃取相同之重金屬去除效果。

經由超音波振動結合水浴加熱處理後，除了鎘之外對其他重金屬去除效果都呈現協力作用。

以較佳超音波水浴酸萃取操作條件（萃取劑為1.0N鹽酸；時間為60分鐘；頻率為25kHz；功率為200W；水浴溫度為80℃）處理供試土壤，土壤中鎘、鉻、銅、鎳、鉛及鋅重金屬去除率分別為：

64-99、24-59、74-97、25-100、64-100及43-91%。

超音波水浴酸萃取之重金屬去除效率，與供試土樣之重金屬型態分佈有關係。

供試土樣經超音波水浴酸萃取後，不同重金屬之各種型態會呈現不同分佈，並發現生物不可利用型態（有機態、鐵錳氧化態及殘餘態）之重金屬會互相轉換到生物可利用型態（水溶態、交換態及碳酸鹽態）。

不同重金屬的較佳萃取時間依序為：

鎘＜銅、鉛、鋅＜鉻、鎳。

超音波水浴酸萃取在常溫時短時間即對於供試土壤中鎘之萃取效率非常顯著，使用水浴加熱來增加超音波振動對鉻及鎳之萃取效率是必要的。

由超音波水浴酸萃取後重金屬型態改變之情形發現，處理對於生物可利用型態及鐵錳態之去除率相當顯著，而對殘餘態之低去除率則可藉由改變固液比、試劑濃度、時間及萃取次數改善。

超音波水浴萃取證實為可提供快速、簡單、可靠且有效去除現地污染土中重金屬的技術之一。

Generally,soilwashingtechnologycanbeusedtoextractcontaminantsfromsoilparticlesurface.Usingultrasonic-bath-assistedacidextraction（UBAE）toreplacetraditionalmechanicalshakingmayimprovetheremovalefficiencyofacidextraction.TheobjectiveofthisstudyistoinvestigatethefeasibilityandoptimizationofUBAEonheavymetalcontaminatedsoils.Sequentialextractionprocedures（SEP）werealsousedtoobservethevariationofsoilheavymetalsbeforeandafterUBAE.

UBAEwasconfirmedtohavehighremovalefficiencyforheavymetalsinthebeginningofthestudy.ExceptCd,thecombinationofultrasonicvibrationandbathheatingbecamesynergismtoother5heavymetals.RemovalefficiencyofCd,Cr,Cu,Ni,PbandZnineithercontaminatedorspikedsoilsunderselectedconditions（1.0NHCl;60min;25kHzfrequency;200Wpower;aswellas80℃bathtemperature）were64-99%,24-59%,74-97%,25-100%,64-100%and43-91%respectively.

FromtheSEPresults,theremovalefficiencywererelatedtotheformsofheavymetalsinsoils.Thebioavailable（watersoluble,exchangeableandcarbonate）formsandnon-bioavailable（organic,Fe-Mnoxideandresidual）formswerefoundtobetransferredafterUBAEtreatment.Thetimeneedfor betterefficiencyusingUBAEwereasfollow:

Cr＞Cu,Pb,Zn,Ni＞Cd.ForCdinsoil,theefficiencyofUBAEissignificantatroomtemperatureinashorttime.CombinationoftemperatureandultrasonictreatmentswereneedtoincreasetheacidextractionefficiencyforCrandNiinsoils.

AfterUBAE,thebioavailableandFe-Mnoxideformsofheavymetalsinsoilscanbesignificantlyremoved.Adequatesoil-liquidratio,acidconcentrationaswellasextractiontimecanimprovetheremovalofresidualheavymetals.UBAEwasprovedtobeoneoftherapid,easyapplied,reliableandeffectiveremediationtechnologyforheavymetalcontaminatedsoils.

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