CN103240267A - 一种基于铁粉与多聚磷酸分子氧活化的土壤修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于铁粉与多聚磷酸分子氧活化的土壤修复方法。该方法利用利用环境友好、价格低廉的多聚磷酸、零价铁和空气组成的氧化反应体系，通过多聚磷酸和铁粉被氧化产生的Fe2+配位，活化氧气，原位产生H2O2，与Fe2+形成Fenton反应，对有机污染土壤中的污染物进行降解。与传统Fenton和类Fenton体系相比，多聚磷酸比较稳定，不易分解，对环境友好，对人体无毒，因此相比其他有机配体不会产生二次污染，催化降解效果更持久。此外，该方法无需架设复杂装置，修复工作操作简单，只需将几种催化剂混合即可发生反应。无危险性，无需聘请专业人员操作。
Description
技术领域
本发明属于环境化学领域，具体涉及一种土壤中有机污染物的控制和修复方法。
背景技术
土壤是一种重要的自然资源，是人类赖以生存的物质基础。随着我国工业化进程加快以及农用化学品无节制的使用，大量有机污染物被排放到到土壤中，这些污染物往往具有高毒性，难降解，持久性等特点，对生态系统和人类生命健康造成极大危害。
目前有机物污染土壤的修复方法主要有生物法、物理法和化学法三种。生物降解处理周期长，效率较低。物理法只能将污染土壤转移，不能彻底降解污染物。化学法具有快速、高效的优势，在场地修复中发挥重要作用。
在各类化学修复技术中，芬顿(Fenton)与类Fenton体系的研究最为成熟。传统的Fenton反应是通过Fe2+在酸性条件下催化分解H2O2产生羟基自由基，从而氧化降解污染物，在修复过程中需要使用大量的酸，对土壤有酸化作用；同时需加入大量H2O2，而H2O2成本较高，储存和运输也不方便。虽然最近有专利和文献报道乙二胺四乙酸(EDTA)等有机配体、零价铁和空气组成的类Fenton反应体系原位产生H2O2，与产生的Fe2+发生Fenton反应降解污染物，但是该方法使用的EDTA为有机配体，容易产生二次污染，并且EDTA活性与多聚磷酸相比有显著差距，此外EDTA还容易发生自降解，污染物治理效果难以持久。
发明内容
本发明目的旨在利用环境友好的多聚磷酸与铁粉反应活化分子氧降解污染物，一种基于铁粉与多聚磷酸分子氧活化的土壤修复方法，克服上述现有方法的缺点。发明的方法具有高效、成本低廉、无选择性、无二次污染等优点。
本发明的技术方案是：一种有机物污染土壤的修复方法，其特征在于：该方法利用多聚磷酸、零价铁和空气组成的氧化反应体系，通过多聚磷酸和铁粉被氧化产生的Fe2+配位，活化氧气，原位产生H2O2，与Fe2+形成Fenton反应，对土壤中的有机污染物进行降解。
本发明的有机物污染土壤的修复方法步骤为：
第1步：将零价铁、多聚磷酸溶液加入污染土壤中，加入水，搅拌以形成泥浆；零价铁质量(g)和土壤质量(g)的比例为1:100~1:200，多聚磷酸浓度不做限制，多聚磷酸浓度越高，反应速度越快；
所述的零价铁是铁粉、铁粒或铁块的含铁物质，尺寸大小不作限制；所述的多聚磷酸使用工业上的四聚磷酸、三聚磷酸，四聚磷酸钠或三聚磷酸钠；
第2步：向第1步所得泥浆中鼓入空气或者不通空气，使泥浆充分混合，并与空气接触，收集泥浆，空气流量不做限制，不通空气也可以取得较好降解效果；
第3步：将收集的泥浆离心分离，分别测定土壤和上清液中有机污染物的含量，评价修复效果，否则继续反应直至有机污染物浓度降至满意水平为止。
本发明的修复方法第1步中多聚磷酸浓度的参考值为25 mmol/L。
本发明的修复方法中，零价铁尺寸、形状不作要求，不限制。
本发明的修复方法中，所述有机物为高毒性，难降解有机污染物，包括但不限于阿特拉津、草胺污、乙草胺、2,4-二氯苯酚、五氯苯酚或三氯生等。
本发明的优点在于：
1、利用空气中现成的氧气作为氧化剂，采用零价铁（铁粉、铁粒或铁块的含铁物质）和多聚磷酸活化分子氧，产生无选择性，氧化能力很强的活性物种，无需外加H2O2，对污染物降解无选择性，降解效果优于常见的有机配体。
2、污染物治理所需时间和花费成本便于平衡，如果加大配体或鼓入空气量，反应较快；加入适量配体或不鼓入氧气，空气中存在的氧气含量足够反应发生，反应速率适中。适合不同层次场地修复需要。
3、反应条件温和，常温常压即可快速反应。与传统Fenton和类Fenton体系相比，多聚磷酸比较稳定，不易分解；对环境友好，对人体无毒，因此相比其他有机配体催化降解效果更持久，不会产生二次污染，对土壤无酸化或碱化作用。
4、无需架设复杂装置，修复工作操作简单，只需将几种催化剂混合即可发生反应。铁粉和多聚磷酸价格低廉，无危险性，无需聘请专业人员操作。
附图说明
图1 为该方法治理土壤中阿特拉津效果图；
图2 为该方法治理土壤中2,4-二氯苯酚效果图；
图3 为该方法治理土壤中甲草胺效果图；
图4 为该方法采用的多聚磷酸和其他方法采用乙二胺四乙酸治理土壤中污染物效果对比图，其中TPP对应多聚磷酸，EDTA对应乙二胺四乙酸；
图5 为该方法治理土壤中污染物过程中是否鼓气效果对比图；
图6 为该方法治理土壤中污染物过程中四聚磷酸不同用量效果对比图。
具体实施方式
本发明的方法原理是利用多聚磷酸、零价铁和空气组成的氧化反应体系，通过多聚磷酸和铁粉被氧化产生的Fe2+配位，活化氧气，原位产生H2O2，与Fe2+形成Fenton反应，对有机污染土壤中的污染物进行降解。
本发明提供的土壤修复方法的具体实施方式为：
1、 零价铁和多聚磷酸溶液加入污染土壤中，加入适量的水，搅拌以形成泥浆；
零价铁可以是铁粉，铁粒，铁块等含铁物质，尺寸大小不作限制。多聚磷酸可以使用工业上常见的四聚磷酸(TPP)、三聚磷酸，四聚磷酸钠或三聚磷酸钠；
针对不同污染级别，零价铁质量(g)和土壤质量(g)的比例一般为1:100~1:200，多聚磷酸浓度不做限制，多聚磷酸浓度越高，反应速度越快，参考值为25 mmol/L；
2、向上述所得泥浆中鼓入空气（可选），使泥浆充分混合，并与空气接触，收集泥浆，空气流量不做限制，不鼓空气也可以取得较好降解效果；
3、将收集的泥浆离心分离，分别测定土壤和上清液中污染物的含量，评价修复效果，否则继续反应直至有机污染物浓度降至满意水平为止。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
治理阿特拉津污染土壤
本实例采用自行配制阿特拉津的模拟污染高岭土为实验对象进行ZVI/TPP/空气土壤治理实验。阿特拉津的浓度为50 mg/kg，反应体系中ZVI（零价铁） 和有机物污染土壤的质量比为1:100。取6 g污染土壤，0.056 g零价铁，10 mL浓度为100 mmol/L的TPP溶液，30 mL水置于反应容器中，采用磁力搅拌器将泥浆搅拌均匀，转速为800 rpm，使用空气泵鼓入空气。图1所示，反应50 min，阿特拉津降解率达到了50%；当反应延长至60 min，阿特拉津降解率达到了99%。
实施例2
治理2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)污染土壤
配置2,4-DCP的模拟污染高岭土，进行ZVI/TPP/空气体系的氧化降解实验。污染土壤中2,4-DCP的浓度为600 mg/kg。反应体系中ZVI 和有机污染土壤的质量比为1:100。在泥浆反应器中加入6 g模拟污染土壤，使用磁力搅拌器对泥浆进行搅拌，转速为800 rpm，反应器敞开在空气中，不鼓气。图2所示，反应1 h后，土壤中2,4-DCP的降解率为80%；反应2 h后体系中的2,4-DCP完全被降解。
实施例3
治理甲草胺污染土壤
本实例采用自行配制甲草胺的模拟污染高岭土为实验对象进行ZVI/TPP/空气体系的氧化降解实验。甲草胺的浓度为500 mg/kg。反应体系中ZVI和有机污染土壤的质量比为1:100。取6 g污染土壤，0.056 g零价铁，15 mL浓度为100 mmol/L的TPP溶液，30 mL水置于反应容器中，采用磁力搅拌器将泥浆搅拌均匀，转速为800 rpm，使用空气泵鼓入空气。图3所示，反应40 min，甲草胺降解率达到了60%；当反应延长至70 min，甲草胺降解率达到了99%。
Claims (6)
1.一种有机物污染土壤的修复方法，其特征在于：该方法利用多聚磷酸、零价铁和空气组成的氧化反应体系，通过多聚磷酸和铁粉被氧化产生的Fe2+配位，活化氧气，原位产生H2O2，与Fe2+形成Fenton反应，对土壤中的有机污染物进行降解。
2.根据权利要求1所述的有机物污染土壤的修复方法，其特征在于：方法步骤为：
第1步：将零价铁、多聚磷酸溶液加入污染土壤中，加入水，搅拌以形成泥浆；零价铁质量和土壤质量的比例为1:100~1:200，多聚磷酸浓度不做限制，多聚磷酸浓度越高，反应速度越快；
所述的零价铁是铁粉、铁粒或铁块的含铁物质，尺寸大小不作限制；所述的多聚磷酸使用工业上的四聚磷酸、三聚磷酸，四聚磷酸钠或三聚磷酸钠；
第2步：向第1步所得泥浆中鼓入空气或者不通空气，使泥浆充分混合，并与空气接触，收集泥浆，空气流量不做限制；
第3步：将收集的泥浆离心分离，分别测定土壤和上清液中有机污染物的含量，评价修复效果，否则继续反应直至有机污染物浓度降至满意水平为止。
3.根据权利要求2所述的有机物污染土壤的修复方法，其特征在于：第1步中多聚磷酸浓度为25 mmol/L。
4.根据权利要求1或2所述的有机物污染土壤的修复方法，其特征在于：零价铁尺寸、形状不作限制。
5.根据权利要求1或2所述的有机物污染土壤的修复方法，其特征在于：所述有机物为高毒性，难降解有机污染物。
6.根据权利要求5所述的有机物污染土壤的修复方法，包括阿特拉津、草胺污、乙草胺、2,4-二氯苯酚、五氯苯酚或三氯生。
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