微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的處理方法
2023-05-08 01:20:41 1
專利名稱：微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的處理方法
技術領域：
本發明屬於環保領域中的有關土壤中持久性有機汙染物處理技術領域，具體涉及 一種利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法。
背景技術：
多氯聯苯(PCBs)是由209種同類物組成的一組氯代芳烴化合物，具有許多優良 物理化學性質，被廣泛應用於電力工業、塑料加工業、化工行業和印刷業等領域。截至1989 年，世界各國因公害原因基本停止其生產。據估計，全球總產量> 1.5X106t，約78%通過 各種渠道進入了環境中，並導致了局部水汙染、土壤汙染和水體底泥汙染等問題。環境中的 PCBs通過食物鏈富積、濃縮和放大進入動物體和人體造成巨大的危害。而PCBs具有半揮發 性、高穩定性、低溶解性等特點，能夠在水體、土壤、大氣中遷移，從而造成全球性的環境汙 染。從地衣、苔蘚到水稻、小麥，從淡水、海水到雨、雪，從赤道到中緯度、亞北極和北極地區， 還有從南極的海鳥蛋到北極的海豹以及從美國、瑞典和日本等許多國家的人乳中均檢測出 了 PCBs，甚至在幾千米高的西藏南迦巴凡峰上的雪水、江水、土壤、森林、自然植被、家禽內 髒及其它動物毛髮中也檢測出PCBs。通過各種渠道進入環境中的PCBs，大部分殘留在土壤中，導致了嚴重的土壤汙染 問題。目前用於修復PCBs汙染土壤的方法主要有物理修複方法、化學修複方法、生物修復 方法及物理化學與生物技術相結合的修複方法。但這些方法技術大都存在著一些缺點，物 理方法費用高，化學方法易造成二次汙染，生物方法效率低且不穩定等，因此研究和開發高 效、無汙染、低成本的修複方法是十分必要的。微波誘導催化反應是指當反應物不直接明顯地吸收微波時，可以利用某種強烈吸 收微波的「敏化劑」把微波能傳給這些物質而誘導化學反應，如果選用這種「敏化劑」作為 催化劑的載體，就可在微波輻照下實現某些催化反應。微波誘導催化反應能有效地降解有 機汙染物，具有反應速率快，作用時間只需幾分鐘，且降解徹底，無二次汙染，安全可靠等特
點o
發明內容
技術問題本發明針對目前多氯聯苯汙染土壤修復過程中存在的許多問題，提供 了一種簡單易行、快速、高效、無二次汙染的利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯 苯的方法。技術方案本發明技術方案為以二氧化錳為強烈吸收微波的催化劑，在酸性條 件下利用微波誘導二氧化錳催化降解汙染土壤中的多氯聯苯，該方法的具體步驟如下①將多氯聯苯汙染土壤在自然條件下風乾後，研磨過篩網去除石礫、瓦塊和枯枝 等雜物；②在汙染土壤中添加二氧化錳納米粉混合；③裝填到反應器中用硫酸溶液酸化土壤；
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④啟動微波發生器，對反應器進行微波輻射處理。所述土壤、二氧化錳和硫酸溶液的質量比為10 1 (0 3]。所述二氧化錳納米粉粒徑為20 200nm。所述硫酸溶液濃度為8mol/L。所述反應器是材質為玻璃或石英玻璃的圓柱形瓶。所述微波頻率為915MHz或2450MHz，一般小型反應器選用2450MHz，大型反應器選 用915MHz ；微波發生器功率為(0 850] W，優選為800W大功率。所述微波輻射時間設定為(0 45]min，優選為30 45min。有益效果本發明在應用於pH = 4.65的3，3' ,4,4'-四氯聯苯汙染土壤修復 中，粒徑為80nm左右的二氧化錳添加量為土壤質量的10%，微波功率為800W，輻射時間為 45!^11，微波誘導二氧化錳對3，3' ,4,4'-四氯聯苯的降解率達到92.6%。
圖1為微波誘導Mn02對土壤中PCB77的降解效果。圖2為不同土壤pH下微波誘導Mn02對土壤中PCB77的降解效果。圖3為不同微波功率下微波誘導Mn02對土壤中PCB77的降解效果。
具體實施例方式下面結合具體實例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於對本發明進行 說明，並不構成對權利要求範圍的限制，本領域技術人員可以想到的其他替代手段，均在本 發明權利要求範圍內。實施例1 選取3，3'，4，4'-四氯聯苯(PCB77)作為模型化合物。用丙酮配製PCB77的母 液，加入到風乾研磨好的PH為4. 65的未受汙染的土壤中，攪拌混勻後，放置在通風櫥中使 丙酮自然揮發除去，得到含5.00 yg/g PCB77的汙染土壤，進行模擬PCB77汙染土壤的處 理。稱取lg汙染土壤於反應瓶中，加入O.lg的Mn02，混勻，放置於微波實驗裝置中。選擇 800W微波功率，設定微波輻射時間分別為l、4、7、10、15、30、45min，開啟微波，輻射結束後 取出冷卻，進行標準的前處理和GC/ECD分析。測定PCB77殘留濃度，計算PCB77降解率。 結果表明，此條件下微波輻射45min，PCB77降解率為92. 6%，說明本發明的方法對土壤中 PCBs的處理效果很好。實施例2 選取3，3'，4，4'-四氯聯苯(PCB77)作為模型化合物。用丙酮配製PCB77的母 液，加入到風乾研磨好的pH為4. 65的紅壤和pH為7. 38的黃棕壤中，攪拌混勻後，放置在 通風櫥中使丙酮自然揮發除去，得到含5. 00ug/g PCB77的汙染土壤，進行模擬PCB77汙染 土壤的處理。稱取lg汙染土壤於反應瓶中，加入0. lg的Mn02，混勻，放置於微波實驗裝置 中。另取一份紅壤和一份黃棕壤，加入0. lg的Mn02，混勻，用0. 2mL 8mol/L硫酸溶液酸化 土壤，得到PH為2. 37的紅壤土樣和pH為6. 22的黃棕壤土樣，也放置於微波實驗裝置中。 選擇800W微波功率，設定微波輻射時間分別為1、4、7、10、15、30、45!^11，開啟微波，輻射結 束後取出冷卻，進行標準的前處理和GC/ECD分析。測定PCB77殘留濃度，計算PCB77降解率。結果表明，此條件下微波輻射45min，pH為2. 37和4. 65的紅壤中PCB77降解率分別為 96. 7%和92. 6%, pH為6. 22和7. 38的黃棕壤中PCB77降解率分別為80. 7%和37.5%。 由此可知在不同PH的土壤中，基本上土壤pH越小，PCB77降解率越大。實施例3 選取3，3'，4，4'-四氯聯苯(PCB77)作為模型化合物。用丙酮配製PCB77的母 液，加入到風乾研磨好的pH為4. 65的未受汙染的土壤中，攪拌混勻後，放置在通風櫥中使 丙酮自然揮發除去，得到含5.00 yg/g PCB77的汙染土壤，進行模擬PCB77汙染土壤的處 理。稱取lg汙染土壤於反應瓶中，加入O.lg的Mn02，混勻，放置於微波實驗裝置中。選擇 200W微波功率，設定微波輻射時間分別為l、4、7、10、15、30、45min，開啟微波，輻射結束後 取出冷卻，進行標準的前處理和GC/ECD分析。測定PCB77殘留濃度，計算PCB77降解率。結 果表明，此條件下微波輻射45min，PCB77降解率為16.8%。同樣條件下，改變微波功率為 500W和800W，所得PCB77降解率為79. 4%和94. 4%0由此可知在微波功率為200 800W 內，基本上微波功率越大，PCB77降解率越大。實施例4 以二氧化錳為強烈吸收微波的催化劑，在酸性條件下利用微波誘導二氧化錳催化 降解汙染土壤中的多氯聯苯，該方法的具體步驟如下①將多氯聯苯汙染土壤在自然條件下風乾後，研磨過10目孔徑的篩網去除石礫、 瓦塊和枯枝等雜物；②在汙染土壤中添加二氧化錳納米粉混合；所述二氧化錳納米粉粒徑為20 200nm。③裝填到反應器中用硫酸溶液酸化土壤；所述硫酸溶液濃度為8mol/L，土壤、二 氧化錳和硫酸溶液的質量比為10 1 1。反應器是材質為玻璃或石英玻璃的圓柱形瓶。④啟動小型微波發生器，對反應器進行微波輻射處理。所述微波頻率設定 2450MHz ；微波發生器功率為300W。微波輻射時間設定為30min。實施例5 以二氧化錳為強烈吸收微波的催化劑，在酸性條件下利用微波誘導二氧化錳催化 降解汙染土壤中的多氯聯苯，該方法的具體步驟如下①將多氯聯苯汙染土壤在自然條件下風乾後，研磨過10目孔徑的篩網去除石礫、 瓦塊和枯枝等雜物；②在汙染土壤中添加二氧化錳納米粉混合；所述二氧化錳納米粉粒徑為20 200nm。③裝填到反應器中用硫酸溶液酸化土壤；所述硫酸溶液濃度為8mol/L，土壤、二 氧化錳和硫酸溶液的質量比為10 1 2。反應器是材質為玻璃或石英玻璃的圓柱形瓶。④啟動大型微波發生器，對反應器進行微波輻射處理。微波頻率設定為915MHz ； 微波發生器功率為700W。微波輻射時間設定為40min。實施例6 以二氧化錳為強烈吸收微波的催化劑，在酸性條件下利用微波誘導二氧化錳催化 降解汙染土壤中的多氯聯苯，該方法的具體步驟如下①將多氯聯苯汙染土壤在自然條件下風乾後，研磨過10目孔徑的篩網去除石礫、瓦塊和枯枝等雜物；②在汙染土壤中添加二氧化錳納米粉混合；所述二氧化錳納米粉粒徑為20 200nm。③裝填到反應器中用硫酸溶液酸化土壤；所述硫酸溶液濃度為8mol/L，土壤、二 氧化錳和硫酸溶液的質量比為10 1 3。反應器是材質為玻璃或石英玻璃的圓柱形瓶。④啟動大型微波發生器，對反應器進行微波輻射處理。微波頻率設定為915MHz ； 微波發生器功率為850W。微波輻射時間設定為45min。
權利要求
利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特徵在於以二氧化錳為強烈吸收微波的催化劑，在酸性條件下利用微波誘導二氧化錳催化降解汙染土壤中的多氯聯苯，該方法的具體步驟如下1)將多氯聯苯汙染土壤在自然條件下風乾後，研磨過篩網去除石礫、瓦塊和枯枝等雜物；2)在汙染土壤中添加二氧化錳納米粉混合；3)裝填到反應器中用硫酸溶液酸化土壤；4)啟動微波發生器，對反應器進行微波輻射處理。
2.根據權利要求1所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述土壤、二氧化錳和硫酸溶液的質量比為10 1 (0 3]。
3.根據權利要求1所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述二氧化錳納米粉粒徑為20 200nm。
4.根據權利要求1所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述硫酸溶液濃度為8mol/L。
5.根據權利要求1所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述反應器是材質為玻璃或石英玻璃的圓柱形瓶。
6.根據權利要求1所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述微波頻率為915MHz或2450MHz ；微波發生器功率為(0 850]W。
7.根據權利要求1所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述微波輻射時間設定為(0 45]min。
8.根據權利要求6所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述微波發生器功率優選800W。
9.根據權利要求7所述利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法，其特 徵在於所述微波輻射時間優選30 45min。
全文摘要
本發明公開了屬於環境保護的有關土壤中持久性有機汙染物處理技術領域的一種利用微波誘導二氧化錳催化降解土壤中多氯聯苯的方法。多氯聯苯汙染土壤風乾研磨過篩後，與二氧化錳納米粉混合，用硫酸溶液酸化土壤，置於微波實驗裝置中進行處理。其中土壤、二氧化錳和硫酸溶液的質量比為10∶1∶(0～3)，硫酸溶液濃度為8mol/L。本發明的優點是操作簡單易行、處理時間短、效率高、無二次汙染，不需進行後續處理。
文檔編號B09C1/00GK101850357SQ201010192479
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者張琴, 董元華, 趙玲, 黃冠燚 申請人:中國科學院南京土壤研究所