土壤修复与重金属回收中的超临界二氧化碳萃取技术_姚明辉

环境工程2011年第29卷增刊土壤修复与重金属回收中的超临界二氧化碳萃取技术＊姚明辉徐巧莲刘润杰徐琴琴银建中(大连理工大学化工机械学院,辽宁大连116024)摘要:针对应用于污染土壤修复、重金属回收以及核废料处理领域的超临界二氧化碳萃取技术,重点阐述了该技术的国内外研究进展和最新动向,分析了超临界二氧化碳萃取用于上述领域与传统工艺相比的技术优势,并指出了今后应该着力解决的关键问题。关键词:超临界萃取;重金属;土壤修复;核废料;资源化;绿色过程技术APPLICATIONSOFSUPERCRITICALCARBONDIOXIDEEXTRACTIONINSOILREMEDYANDHEAVYMETALRECOVERYYaoMinghuiXuQiaolianLiuRunjieXuQinqinYinJianzhong(SchoolofChemicalMachinery,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)Abstract:Accordingtotheapplicationsofthesupercriticalcarbondioxideextractiontechnologyinthefieldofcontaminatedsoilremediation,heavymetalrecoveryandthenuclearwastesdisposalwerereviewedhere.Thedevelopmentandresearchprogressofthistechnologyathomeandabroadwereemphasized,andtheadvantagesofsupercriticalcarbondioxideextractiontechnologyusedintheabovefieldsascomparedwiththetraditionalprocesswereanalyzedandthekeyproblemsrequiredtoberesolvedwerepointedout.Keywords:supercriticalfluidextraction(SCFE);heavymetal;soilremedy;nuclearwaste;resourceutiliza-tion;greenprocesstechnology＊国家自然科学基金资助课题(20976028)。0引言超临界流体、二氧化碳膨胀液体、室温离子液体、水等被公认为是化学领域应该优先发展的绿色溶剂。其中,超临界流体萃取技术(Supercriticalfluidextrac-tion,SCFE)经过近三十年的发展,已经在许多领域取得了成功应用,也受到越来越多的关注和重视。如今,随着资源匮乏和环境恶化,农药和杀虫剂的大量使用、污染水渗透和废弃物填埋等均可能造成土壤污染。电子工业产生的废水以及因农药而残留于动植物体内的重金属也是一种污染源。此外,核能的开发利用还会带来大量核废料,如果不能妥善处理,也会造成核污染。为了避免上述污染源对环境和人类健康造成的影响,学术界和工程界已经开发了各种治理技术,有的还实现了工业生产应用。本文就超临界二氧化碳萃取技术在污染土壤修复、重金属回收以及核废料处理方面的国内外研究进展状况做详尽阐述,对技术经济性进行分析讨论,指出今后应该着力解决的关键问题。1scCO2萃取脱除重金属残留于农作物、中药材、土壤和废水中的重金属多以离子形态存在,由于它们在scCO2中不溶解或者溶解度很小,不能单纯用超临界流体萃取法进行脱除和回收。为此,科学家们开发了scCO2螯合萃取新技术,以解决用绿色溶剂scCO2萃取脱除重金属的问题。基本原理是,通过选择合适的螯合剂与金属离子进行螯合反应,生成一种能够溶于scCO2的螯合物,然后用SCFE法将螯合物从被污染物中萃取脱除。可见,螯合剂的选择是超临界螯合萃取的关键[1]。魏建谟等对scCO2螯合萃取重金属技术做出了开创性工作,在美国AirForce资助下进行了系统研究。二乙基二硫代氨基甲酸盐(DDC)是最常用螯合剂,但由其形成的金属螯合物很难溶于scCO2,且限于DDC金属螯合物的热稳定性和化学稳定性,不适于scCO2螯合萃取。Laintz和Wai等[2]将DDC改性为氟化物双(三氟乙基)二硫代氨基(FDDC),用于scCO2282DOI:10.13205/j.hjgc.2011.s1.084环境工程2011年第29卷增刊螯合萃取As3+等获得成功,并以超临界流体色谱成功分离出螯合后的痕量重金属。FDDC螯合物比DDC螯合物在scCO2中有更高的稳定性和溶解度(50℃、100atm下相差2～3个数量级),进一步证明含氟化合物易溶于scCO2。以FDDC为螯合剂,用s