秋环境科学综合实验 土壤中的重金属.docx

1、秋环境科学综合实验 土壤中的重金属 2009级环境科学专业综合实验之四实验一 重金属污染土壤的化学修复EDTA淋洗土壤中的Pb一.实验目的 1.掌握土壤预处理的一般方法； 2.学习淋洗法修复重金属土壤的原理； 3.探讨EDTA修复重金属污染土壤的最优条件，评价修复效果。二.实验原理土壤淋洗法是土壤修复方法的一种，该方法是一个污染土壤和淋洗液间的高能量接触和从污染土壤、污泥、沉积物中去除有机和无机污染物的过程，包括了物理、化学多机制的修复工艺，能够实现危险物质的分离、隔离或无害化转变，然后对含有污染物的淋洗掖进行处理，回收淋洗剂循环利用。淋洗法修复重金属污染，通常采用向淋洗液中添加无机酸、低分子

2、量的有机酸或合适的络合剂如EDTA、NTA等来增加金属的可移动性，从而达到清洁土壤的目的。 用EDTA淋洗土壤中Pb的反应式为 Pb2+Y4-PbY2-三.仪器和试剂塑料离心管、移液管及移液枪、摇床、容量瓶、离心机、酸度计、原子吸收测定仪。EDTA、(CH3COO)2Pb 、NaNO3、HCl 、HNO3 、HClO4、 NaOH。四.实验步骤1.污染土壤的制备将野外采回来的土样倒在塑料膜或者纸上，剔除杂物、风干土壤，然后碾碎后过2mm尼龙筛，再用四分法取部分土壤研磨过100目筛。称取上述处理好的土样约50g 倒入盛有0.01 mol/L (CH3COO)2Pb 溶液的烧杯中，用电动搅拌棒搅拌

3、24h，静置去上层清液。下层湿润土壤离心，弃去上清液，土壤刮入表面皿中，在阴凉处风干、研细、装瓶待用。2.污染土样Pb含量的确定（1） 土壤样品消化：土样1.000g(m1)（3份）+去离子水湿润+5 mL王水（浓HNO3与浓盐酸体积比为13配制）,盖上表面皿,电炉加热,冷却加入3mL高氯酸,加热至冒白烟，成灰白色，揭去表面皿,蒸干冷却，加5mL1%的稀硝酸加热,冷却，用中速定量滤纸过滤到50mL容量瓶中，滤渣用1%稀硝酸洗涤，定容摇匀待测。取土壤标样3份、试剂空白重复上述操作。（2） 将消化液用原子吸收光谱仪测定，测定消化液中Pb的含量C1(mg/L)，按下式计算土壤Pb的含量C2或C3。C

4、2=C1 *50/m1 (mg/g)C3=C2/M（mmol/g）3.确定洗脱率与时间的关系1）配制pH为6.0的2mM的EDTA淋洗液。称取1.44gEDTA于2.0L的容量瓶中，用NaNO3调节离子强度，使EDTA水溶液中NaNO3浓度为0.01mol/L，再用HCl和NaOH调节其pH为6.0。2）不同洗脱时间淋洗实验。取15个50mL塑料离心管，分别称取0.500g(m2)上述准备好的土样。根据上述计算出来的土壤中Pb的含量，按摩尔比EDTA:Pb=6:1加入EDTA（30mL2mM)，然后把加好淋洗剂的离心管置于摇床中振摇，250次/分，从0到2.0h，每隔0.5h取一次样、每次取3

5、个管，然后于4500r/min下离心15min。取上层清液5.00mL，AAS测定，剩余溶液测pH。选取最佳洗脱时间tmax4.确定洗脱率与pH的关系1）配制不同pH的2mM的EDTA。分别称取4份1.44gEDTA于2.0L的容量瓶中，用NaNO3调节离子强度，使EDTA水溶液中NaNO3浓度为0.01mol/L，再用HCl和NaOH调节其pH为4.0、5.0、6.0和7.0。2）不同pH对洗脱效率的影响。取12个50mL塑料离心管，分别称取0.500g(m2)上述准备好的土样。根据上述计算出来的土壤中Pb的含量，按摩尔比EDTA:Pb=6:1加入不同pH 的EDTA（30mL2mM)，每个

6、pH重复3次，然后把加好淋洗剂的离心管置于摇床中以250次/分振摇tmax ，然后于4500r/min下离心15min。取上层清液5.00mL，AAS测定，剩余溶液测pH。5确定洗脱率与物质的量比的关系1）根据步骤4确定的最佳pH,如前配制最佳pH的2mM EDTA。2）取12个50mL塑料离心管，分别称取0.500g(m2)上述准备好的土样。根据上述计算出来的土壤中Pb的含量，按摩尔比EDTA:Pb=2:1（10mL 2mM EDTA)、4:1（20mL 2mM EDTA)、6:1（30mL 2mM EDTA)和8:1（40mL 2mM EDTA)加入最佳pH的EDTA，每个摩尔比重复3次，

7、然后把加好淋洗剂的离心管置于摇床中以250次/分振摇1h，然后于4500r/min下离心15min。取上层清液5.00mL，AAS测定，剩余溶液测pH。五.数据处理1.洗脱率的计算 假设加入洗脱液的体积是V（mL),洗脱后离心的清夜中测得的Pb的浓度为C（mg/L）; 则洗脱率= (m2（g）* C2)- C（mg/L）* V（mL)/1000）/ (m2（g）* C2);2. 作下列图线： 时间，pH, 摩尔比, 并将相应的pH标注; 或列表表示相应结果。实验二 重金属污染土壤的化学修复柠檬酸淋洗土壤中的Pb一.实验目的 1.掌握土壤预处理的一般方法； 2.学习淋洗法修复重金属土壤的原理；

8、3.探讨柠檬酸修复重金属污染土壤的最优条件，评价修复效果。二.实验原理土壤淋洗法是土壤修复方法的一种，该方法是一个污染土壤和淋洗液间的高能量接触和从污染土壤、污泥、沉积物中去除有机和无机污染物的过程，包括了物理、化学多机制的修复工艺，能够实现危险物质的分离、隔离或无害化转变，然后对含有污染物的淋洗掖进行处理，回收淋洗剂循环利用。淋洗法修复重金属污染，通常采用向淋洗液中添加无机酸、合适的络合剂或低分子量的有机酸（如柠檬酸）来增加金属的可移动性，从而达到清洁土壤的目的。 用柠檬酸淋洗土壤中Pb的反应式为 Pb2+Y4- PbY2-三.仪器和试剂塑料离心管、移液管及移液枪、摇床、容量瓶、离心机、酸度

9、计、原子吸收测定仪。柠檬酸、(CH3COO)2Pb 、NaNO3、HCl 、HNO3 、HClO4、 NaOH。四.实验步骤1.污染土壤的制备将野外采回来的土样倒在塑料膜或者纸上，剔除杂物、风干土壤，然后碾碎后过2mm尼龙筛，再用四分法取部分土壤研磨过100目筛。称取上述处理好的土样约50g 倒入盛有0.01 mol/L (CH3COO)2Pb 溶液的烧杯中，用电动搅拌棒搅拌24h，静置去上层清液。下层湿润土壤离心，弃去上清液，土壤刮入表面皿中，在阴凉处风干、研细、装瓶待用。2.污染土样Pb含量的确定（3） 土壤样品消化：土样1.000g(m1)（3份）+去离子水湿润+5 mL王水（浓HNO3

10、与浓盐酸体积比为13配制）,盖上表面皿,电炉加热,冷却加入3mL高氯酸,加热至冒白烟，成灰白色，揭去表面皿,蒸干冷却，加5mL1%的稀硝酸加热,冷却，用中速定量滤纸过滤到50mL容量瓶中，滤渣用1%稀硝酸洗涤，定容摇匀待测。取土壤标样3份、试剂空白重复上述操作。（4） 将消化液用原子吸收光谱仪测定，测定消化液中Pb的含量C1(mg/L)，按下式计算土壤Pb的含量C2或C3。C2=C1 *50/m1 (mg/g)C3=C2/M（mmol/g）3.确定洗脱率与时间的关系1）配制pH为6.0的2mM的柠檬酸淋洗液。称取1.44g柠檬酸于2.0L的容量瓶中，用NaNO3调节离子强度，使柠檬酸水溶液中N

11、aNO3浓度为0.01mol/L，再用HCl和NaOH调节其pH为6.0。2）不同洗脱时间淋洗实验。取15个50mL塑料离心管，分别称取0.500g(m2)上述准备好的土样。根据上述计算出来的土壤中Pb的含量，按摩尔比柠檬酸:Pb=6:1加入柠檬酸（30mL2mM)，然后把加好淋洗剂的离心管置于摇床中振摇，250次/分，从0到2.0h，每隔0.5h取一次样、每次取3个管，然后于4500r/min下离心15min。取上层清液5.00mL，AAS测定，剩余溶液测pH。选取最佳洗脱时间tmax4.确定洗脱率与pH的关系1）配制不同pH的2mM的柠檬酸。分别称取4份1.44g柠檬酸于2.0L的容量瓶中

12、，用NaNO3调节离子强度，使柠檬酸水溶液中NaNO3浓度为0.01mol/L，再用HCl和NaOH调节其pH为4.0、5.0、6.0和7.0。2）不同pH对洗脱效率的影响。取12个50mL塑料离心管，分别称取0.500g(m2)上述准备好的土样。根据上述计算出来的土壤中Pb的含量，按摩尔比柠檬酸:Pb=6:1加入不同pH 的柠檬酸（30mL2mM)，每个pH重复3次，然后把加好淋洗剂的离心管置于摇床中以250次/分振摇tmax ，然后于4500r/min下离心15min。取上层清液5.00mL，AAS测定，剩余溶液测pH。5确定洗脱率与物质的量比的关系1）根据步骤4确定的最佳pH,如前配制最

13、佳pH的2mM 柠檬酸。2）取12个50mL塑料离心管，分别称取0.500g(m2)上述准备好的土样。根据上述计算出来的土壤中Pb的含量，按摩尔比柠檬酸:Pb=2:1（10mL 2mM柠檬酸)、4:1（20mL 2mM 柠檬酸)、6:1（30mL 2mM 柠檬酸)和8:1（40mL 2mM 柠檬酸)加入最佳pH的柠檬酸，每个摩尔比重复3次，然后把加好淋洗剂的离心管置于摇床中以250次/分振摇1h ，然后于4500r/min下离心15min。取上层清液5.00mL，AAS测定，剩余溶液测pH。五.数据处理1.洗脱率的计算 假设加入洗脱液的体积是V（mL),洗脱后离心的清夜中测得的Pb的浓度为C（

14、mg/L）; 则洗脱率= (m2（g）* C2)- C（mg/L）* V（mL)/1000）/ (m2（g）* C2);2. 作下列图线： 时间，pH, 摩尔比, 并将相应的pH标注; 或列表表示相应结果。表1 EDTA 实验数据记录实验条件编号c测 mg/l稀释倍数洗脱液体积/ml土壤质量/gc实 mg/l洗脱率 %洗脱率平均值标准差残留率 %残留率平均值标准差改变时间 pH=6 c=2mM0h110.005.0030.000.5050.0075.0069.984.3725.0030.024.3728.945.0030.000.5044.7067.0532.9539.055.0030.000

15、.5045.2767.9032.100.5h110.435.0030.000.5052.1578.2281.863.3921.7818.143.39211.325.0030.000.5056.6184.9215.09310.995.0030.000.5054.9782.4617.551h110.055.0030.000.5050.2475.3685.298.9624.6414.718.96211.705.0030.000.5058.5087.7412.26312.375.0030.000.5061.8592.777.231.5h110.595.0030.000.5052.9679.4483.0

16、35.4820.5616.975.48210.715.0030.000.5053.5480.3019.70311.915.0030.000.5059.5689.3410.662h111.985.0030.000.5059.9089.8588.434.4210.1511.574.42212.265.0030.000.5061.3191.978.04311.135.0030.000.5055.6583.4716.53改变pH t=1h c=2mMpH=4.0112.745.0030.000.5063.7095.5591.314.134.458.694.13211.645.0030.000.5058

17、.2087.3012.70312.155.0030.000.5060.7391.098.91pH=5.0111.935.0030.000.5059.6689.4873.8314.3510.5226.1714.3529.435.0030.000.5047.1570.7329.2738.175.0030.000.5040.8661.2838.72pH=6.0111.345.0030.000.5056.7185.0671.5128.0514.9428.4928.0525.235.0030.000.5026.1739.2660.74312.035.0030.000.5060.1490.219.79pH

18、=7.0111.655.0030.000.5058.2587.3886.580.7112.6313.420.71211.525.0030.000.5057.5886.3613.64311.475.0030.000.5057.3486.0014.00改变摩尔比 t=1h pH=6.04:1116.785.0020.000.5083.8983.8984.271.3216.1115.731.32216.645.0020.000.5083.1883.1816.83317.155.0020.000.5085.7485.7414.276:1110.695.0030.000.5053.4480.1580.7

19、62.0419.8519.252.04210.545.0030.000.5052.7279.0820.92311.075.0030.000.5055.3683.0316.978:117.975.0040.000.5039.8379.6676.927.3120.3423.087.3128.255.0040.000.5041.2382.4617.5436.865.0040.000.5034.3168.6331.3710:115.515.0050.000.5027.5468.8481.4911.7331.1618.5111.7326.695.0050.000.5033.4483.6016.4037.

20、365.0050.000.5036.8192.037.97表2 柠檬酸实验数据记录实验条件编号c测洗脱液体积/ml土壤质量/g洗脱率洗脱率平均值标准差残留率残留率平均值标准差改变时间 pH=6 c=2mM0h19.4830.000.5014.2214.010.1885.7885.990.1829.3130.000.5013.9686.0439.2430.000.5013.8686.140.5h111.2730.000.5016.9115.771.7583.0984.231.75211.1030.000.5016.6583.3539.1830.000.5013.7686.241h112.1730

21、.000.5018.2617.960.5481.7482.040.54212.1830.000.5018.2881.72311.5530.000.5017.3382.671.5h111.6030.000.5017.4018.531.0882.6081.471.08213.0330.000.5019.5580.45312.4330.000.5018.6481.362h112.6530.000.5018.9818.850.1181.0281.150.11212.5230.000.5018.7781.23312.5430.000.5018.8081.20改变pH t=1h c=2mMpH=4.011

22、1.1430.000.5016.7117.440.6583.2982.560.65211.8030.000.5017.6982.31311.9530.000.5017.9382.07pH=5.0111.2030.000.5016.7917.370.5783.2182.630.57211.5830.000.5017.3782.63311.9630.000.5017.9482.06pH=6.0111.7030.000.5017.5518.110.5282.4581.890.52212.3930.000.5018.5881.42312.1330.000.5018.1981.81pH=7.0114.0

23、330.000.5021.0521.150.3378.9578.850.33213.9230.000.5020.8879.12314.3530.000.5021.5278.48改变摩尔比 t=1h pH=6.04:1115.4520.000.5015.4514.581.2584.5585.421.25215.1520.000.5015.1584.85313.1520.000.5013.1586.856:1111.6930.000.5017.5317.500.3582.4782.510.35211.4230.000.5017.1382.87311.8830.000.5017.8282.188:1

24、111.8640.000.5023.7322.391.1776.2777.611.17210.9440.000.5021.8778.13310.7840.000.5021.5778.4310:119.9150.000.5024.7924.661.5575.2175.341.5529.2250.000.5023.0676.94310.4650.000.5026.1573.86表3 EDTA洗脱液pH记录序号tph洗脱比处理02h474:110:117.214.114.364.874.944.6927.234.114.444.954.954.6337.244.144.44.9354.64均值7.2

25、3 4.12 4.40 4.92 4.96 4.65 表4 柠檬酸洗脱液pH值记录序号tph洗脱比处理02h474:110:117.363.794.244.994.684.5327.273.894.265.034.674.4837.163.944.25.074.664.5均值7.26 3.87 4.23 5.03 4.67 4.50 实验分析1、洗脱率与洗脱时间从图1中看出，对于EDTA，随着洗脱时间增加，Pb的去除率也随之增加。并且，在0h-1h内，Pb去除率有提高，在1.5h以后，Pb去除率提高不明显。对于柠檬酸，随着洗脱时间增加，去除率也乡音提高，但增加幅度没有EDTA明显。 在相同洗脱

26、时间内，不同洗脱剂洗脱效果明显不同。相同洗脱时间内，EDTA的洗脱率比柠檬酸要高出50%-60%。图 1 Pb去除率与洗脱时间（洗脱液pH=6,浓度2m Mol）2、洗脱液pH与洗脱效率从图2中可以看出，pH=6时，EDTA的洗脱效果最差。原因可能是pH=6时，Pb的迁移能力较弱，较难从土壤中分离出来。对于柠檬酸，不同pH之间洗脱率差异不大。 在相同pH条件下，不同洗脱剂的洗脱率有明显不同。从图2中得出，EDTA的洗脱率比柠檬酸要高60%-80%。图2 不同PH条件下洗脱率(洗脱时间1h,洗脱液浓度2m Mol)3、物质量的比与洗脱率在相同条件下，随着物质量之比的提高，EDTA的洗脱率有所降低，柠檬酸的洗脱率逐渐升高。图 3 不同物质量的比与洗脱率（洗脱时间1h 洗脱液pH=6)