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原文传递土壤中复杂污染源VOCs热脱附动力学试验方法

专利名称：	土壤中复杂污染源VOCs热脱附动力学试验方法
摘要：	本发明通过实时监测并记录土壤试样质量m，得到土壤试样质量损失率曲线，进而分析获得VOCs热脱附动力学参数，解决了土壤中同时存在多种VOCs、在多种因素叠加、多种VOCs的共同影响下热脱附过程复杂、难以分析研究的难题，基于对空气流速、土壤加热温度这两个参量反复、交互的尝试，可以得出较为合适的、经济的数值。采用本发明的方法，可以明晰地研究区分出VOCs在土壤中的热脱附的两个阶段的动力学过程，并可拟合得到有关参数，为热脱附法治理的受VOCs污染的土壤提供有益的参数和指导。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	苏州市环境科学研究所
发明人：	许伟;施维林;蔡慧;陈洁;贺志刚;孟宪荣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-06T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910166514.7
公开号：	CN109916762A
代理机构：	北京挺立专利事务所(普通合伙)
代理人：	倪钜芳
分类号：	G01N5/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N5
申请人地址：	215000 江苏省苏州市姑苏区内马路9-2号
主权项：	1.一种土壤中复杂污染源VOCs热脱附动力学试验方法，其特征在于，所述VOCs为在常温常压下能挥发的烷烃、烯烃、卤代烃芳香烃以及醛酮中任何两种或多种组合。 2.一种土壤中复杂污染源VOCs热脱附动力学试验方法，其特征在于，包括如下步骤： a.采集一定量的干净土壤试样，置于待测试的液相复杂VOCs中浸泡数小时，至浸透为止；将污染后的土壤试样分为多个土壤分试样；所述复杂VOCs指VOCs包含有两种或更多种的VOC，各组分之间为任意比例； b.将一个土壤分试样装入敞口容器，然后将装有土壤试样的敞口容器移入两端开口的管中； c.在管中通入空气吹扫土壤试样，空气流速由质量流量控制器(MFC)控制，质量流量控制器(MFC)接受控制系统的指令，空气流速保持恒定不变；由温度控制器对加热器发出指令，对土壤试样进行加热，控制土壤的温度T由室温逐渐增加，具体地，温度随着加热时间线性地增加； d.通过热天平监测并记录土壤试样的质量，所述热天平包括天平、加热器、程序控温系统、记录系统等几个部分；记录每一时刻对应的土壤试样质量m，得到m-t曲线，同时，实时对土壤试样质量-时间曲线即m-t曲线求导，求得的导数dm/dt取相反数，同步得到土壤试样质量损失率曲线，即(-dm/dt)-t曲线；所得(-dm/dt)-t曲线的初始呈现出上升的线段I，以及中间部分呈现出一个或多个相对平稳的线段II，和/或，一个或多个缓慢上升的线段II’，这里“缓慢上升”指线段II’的斜率显著地小于上升的线段I部分的斜率；持续升高土壤试样温度T，直至(-dm/dt)-t曲线后续出现明显下降的线段III；并记录下线段II和/或线段II’与线段III的邻接处所对应的温度值Tadjoin； e.更换未经试验的土壤分试样，设定加热目标温度值为步骤d所述Tadjoin，保持土壤试样的温度恒定在Tadjoin；设定空气流速在单位时间内的增大值，即△f/△t，逐渐增大空气的流速f，空气的流速与加热时间t成线性关系，并通过热天平监测并记录土壤试样的质量；记录每一时刻对应的空气流速f、土壤试样质量m，得到f-t曲线、m-t曲线，同时，实时对土壤试样质量-时间曲线即m-t曲线求导，求得的导数dm/dt取相反数，同步得到土壤试样质量损失率曲线，即(-dm/dt)-t曲线； f.若土壤试样质量损失率曲线即(-dm/dt)-t曲线形状呈现出持续上升的曲线、相对平稳的直线段、急速下降的曲线段三部分，结束上述步骤，进入步骤g； g.分析土壤试样质量损失率曲线即(-dm/dt)-t曲线的平台段得到平台段起始处的时刻t，然后得到该时刻t所对应的空气流速，记为f0； h.再次更换未经试验的土壤分试样，设定空气流速为1.1f0～1.2f0，开始后续试验步骤； i.设定加热目标温度T，对土壤试样进行加热； j.保持温度恒定并在管中通入空气，空气流速为步骤h中设定的值，保持恒定不变； k.通过热天平监测并记录每一时刻对应的土壤试样质量m，得到m-t曲线，同时，实时对土壤试样质量-时间曲线即m-t曲线求导，求得的导数dm/dt取相反数，同步得到土壤试样质量损失率曲线，即(-dm/dt)-t曲线；所得(-dm/dt)-t曲线的初始呈现出上升的线段I，以及中间部分呈现出一个或多个相对平稳的线段II，和/或，一个或多个缓慢上升的线段II’，这里“缓慢上升”指线段II’的斜率显著地小于上升的线段I部分的斜率；持续升高土壤试样温度T，温度T随着加热时间线性地增加，直至(-dm/dt)-t曲线后续出现明显下降的线段III； l.将线段I和线段II和/或线段II’合记为多种VOCs在土壤颗粒表面的快速蒸发过程，将线段II记为VOCs在土壤颗粒内部的基于浓度梯度的扩散及蒸发过程；此处，表述“线段I和线段II和/或线段II’”的含义表示如下几种情况：线段I和线段II；线段I和线段II’；线段I和线段II和线段II’； m.逐步降低设定的目标温度即T-n△T，更换未经试验的土壤分试样，重复步骤i-l，得到不同温度条件下的土壤试样质量损失率曲线即(-dm/dt)-t曲线，这里n为1，2，3，4，5，…… n.对土壤试样质量损失率(-dm/dt)-t曲线再次求导，即对土壤试样质量-时间曲线即m-t曲线求二阶导数并取相反数，得到(-d2m/dt2)-t曲线，分析计算得到(-d2m/dt2)-t曲线的多个极大值点、零值点，找出这些多个极大值点、零值点所分别对应的时间t，并由温度T随着加热时间t线性增加的关系，得到这些多个极大值点、零值点所分别对应的温度值；将这些温度值间的各区间，记为土壤中不同VOCs热脱附动力学过程； o.基于不同温度条件下的土壤试样质量损失率曲线即(-dm/dt)-t曲线，根据多孔介质脱附理论、土壤导气率理论，对各条(-dm/dt)-t曲线的线段I分别进行拟合，得到拟合参数；根据菲克扩散定律、土壤导气率理论、多孔介质脱附理论，对各条(-dm/dt)-t曲线的线段II分别进行拟合，得到拟合参数；基于拟合结果分析得到土壤中VOCs热脱附动力学过程。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述步骤n中，基于不同温度条件下的土壤试样质量损失率曲线即(-dm/dt)-t曲线，根据多孔介质脱附理论、土壤导气率理论，对各条(-dm/dt)-t曲线的线段I分别进行拟合，得到拟合参数；根据菲克扩散定律、土壤导气率理论、多孔介质脱附理论，对各条(-dm/dt)-t曲线的线段II分别进行拟合，得到拟合参数；基于拟合结果分析得到土壤中VOCs热脱附动力学过程。 4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤m中，△T取3～10℃；n取10～30中任一整数。 5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤a中分试样的数量大于等于所述步骤m中的n取值。 6.如权利要求2-5任一项所述的方法的应用，其特征在于：步骤o中得到的拟合参数，用于热脱附法治理的受VOCs污染的土壤。
所属类别：	发明专利