[发明专利]一种土壤重金属元素镉有效态的提取剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够提取土壤中重金属元素镉有效态的提取剂及其制备方法和应用，属于土壤科学、环境化学和环境科学领域。

背景技术

随着工业的发展，镉在工业生产中的广泛应用，部分企业随意排放生产废水，含镉废水在渗透到地下水层前经过大量土壤层，土壤层将废水中的镉吸附，使得土壤受到污染。

为了衡量土壤受污染的程度，如何准确确定土壤中重金属的含量是非常重要的。目前，对于土壤重金属污染评价主要基于单因子指数法或综合指数法，这种评价方法是以土壤中的重金属元素总量为指标，并未考虑其在不同类型土壤中的毒性差异，也未考虑重金属元素在土壤中的赋存形态，因此已有的方法只能反应土壤中的总重金属含量的超标情况。

已有的研究已经证实，真正造成土壤污染的是可提取态的重金属，可提取态的重金属的存在导致了重金属污染生态风险。土壤中的重金属有效态直接影响到重金属的生物有效性、毒性、迁移以及在自然界的循环。由于研究重金属的有效态可以提供更为详细的重金属元素生物可利用性和潜在生态风险信息，因此本领域近年来已经致力于研究如何准确、有效的提取出重金属的有效态。常见的提取方法包括单级提取和多级提取。单级提取方法所用的重金属的有效态提取剂包括水、1N NaCl、0.1N HCl、EDTA、EDTA-TEA、DTPA等。多级连续提取方法主要有Tessier法、Maiz法和BCR法等。多级提取法尽管解决了单级提取法提取效果差的问题，但是多级提取法步骤繁琐，而且针对不同类型的有效态进行分级提取使得结果的重复性不高，无法推广应用。

发明内容

申请人多年来从事土壤重金属污染的治理研究工作，在大量的研究和实验中欣喜地发明了一种提取剂，通过组成改进提高了对土壤中镉的吸附能力，改善了对土壤有效态镉的提取效果，所得提取效果具有良好的一致性，同时所述提取剂制备和使用简单，应用成本低。

具体的说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种土壤重金属元素镉有效态的提取剂，是一种水溶液，其中硫代乙醇酸的体积浓度为10-50mL/L，三乙醇胺体积浓度为3-30mL/L，Na₂HPO₄、KH₂PO₄的用量和摩尔浓度为0.01-0.05mol/L。

在上述的提取剂中，使用硫代乙醇酸和三乙醇胺依靠其电荷相互作用捕获土壤中的重金属离子，同时三乙醇胺中的胺基非共价键能够与镉在空间上具有一定的配位结合效应，更好的捕获重金属镉；同时，通过Na₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲体系平衡土壤在提取剂中的酸碱性，防止土壤有效态镉被土样再次吸附。

申请人深入研究了提取剂中各成分的浓度对提取效果的影响，如下浓度是优选的：硫代乙醇酸的体积浓度为10-12mL/L，三乙醇胺体积浓度为6-7mL/L，Na₂HPO₄和KH₂PO₄的用量和摩尔浓度为0.01-0.012mol/L。

在上述中，Na₂HPO₄、KH₂PO₄的单独用量并不受到特别限制，通常二者的用量搭配使得Na₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲体系的pH在pH7.4-7.7范围为优选的。

通过优化含有重金属镉的土样的pH环境，能够更好的改善三乙醇胺对镉的配位结合效应，同时pH的调整又必须抑制土壤有效态镉被土样二次吸附，申请人的研究显示，如下pH是最优选的：pH为8.0±0.1。

本领域技术人员容易理解，具有多种方式可以用于调节溶液的pH，例如氢氧化钠、盐酸等溶液，常见的用作酸碱调节剂的0.1mol/L HCl、NaOH溶液等。

申请人进行的实验显示，本发明的提取剂用来提取土壤中的重金属镉，具有良好的提取效果。

在上述基础上，申请人公开了本发明提取剂的制备方法。根据所公开的提取剂组成，可以通过多种方式制备获得本发明的产品，包括但不限于如下两种制备方法：