CN103787430B - 一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料 - Google Patents

一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料，以及所述复合材料的制备和应用。复合材料包含纳米铁和载体，二者的重量份分别为5-20重量份和80-95重量份；所述载体为活性炭纤维毡或活性炭纤维布和来源于生物的炭基材料的混合物，二者的重量比为1：9至9：1之间；所述纳米铁的直径为约100nm。采用本发明的复合材料可快速实现有机氯农药的降解，30分钟基本降解完全。

Description

一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体地涉及一种用于污染物的降解材料，特别地涉及一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料，以及所述复合材料的制备和应用。
技术背景
有机氯农药主要分为以苯为原料和以环戊二烯为原料的两大类。以苯为原料的有机氯农药包括使用最早、应用最广的杀虫剂DDT、六六六、林丹、甲氧DDT、乙滴涕，还包括一些杀菌剂，如五氯硝基苯、百菌清、稻丰宁等，以及广谱除草剂敌草隆、绿麦隆等。以环戊二烯为原料的有机氯农药包括作为杀虫剂的氯丹、七氯、硫丹、狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、碳氯特灵等。此外以松节油为原料的莰烯类杀虫剂、毒杀芬和以萜烯为原料的冰片基氯也属有机氯农药。有机氯类农药是农药史中使用量最大，使用历史最长的一类农药，其化学性质稳定，脂溶性强，残效期长(可达30～50年之久)，易在脂肪组织中蓄积，造成慢性中毒，严重危及人体健康。因此必须采用高效的有机氯农药处理技术对其进行降解处理，以减少对生态系统的恶性影响。
传统水处理方法主要是利用外加反应试剂(如Cl2、ClO2、H2O2、O3)等产生有效活性物种(如自由基等)与污染物反应进行消除，或通过吸附剂(絮凝剂、活性炭等)或过滤膜等使污染物分离转移，很少具有选择性，能够有效且经济消除相对高浓度的一股性污染物，但对低浓度、高毒性、难降解污染物(如卤代有机农药)的消除既缺乏有效性也缺乏经济性，常规的生化处理方法对这类化合物基本无效。国内外相关领域研究人员已展开了大量研究工作，探讨了多种降解或处理有机卤化物途径，其中零价金属特别是零价铁作为一种有效脱卤的还原剂逐渐受到人们的关注。零价纳米铁具有比表面积大、活性高的特点，但是纳米铁具有易团聚、易氧化的特征。因此采用合适的改性和负载手段可有效缓解纳米铁具有易团聚、易氧化问题。另外由于不同的有机氯农药分子的大小及极性的不同，需要设计不同特征的载体去达到对多种有机氯农药去除的效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料，其特征在于，所述复合材料包含纳米铁和载体，二者的重量份分别为5-20重量份和80-95重量份；所述载体为活性炭纤维毡或活性炭纤维布和来源于生物的炭基材料的混合物，二者的重量比为9：1-1：9；所述纳米铁的直径为约100nm。
来源于生物的炭基材料为来源于动物粪便、动物骨头、植物根茎、木屑、竹炭、麦秸秆、椰壳、花生壳的炭基材料。所述来源于生物的炭基材料具有不同的孔径特征和吸附特征，对不同特征的多种有机氯农药均有较好的处理效果。
优选地，纳米铁和载体的重量份分别为8-15重量份和85-92重量份；更优选地，纳米铁和载体的重量份分别为10-14重量份和86-90重量份；最优选地，纳米铁和载体的重量份分别为12重量份和88重量份。
优选地，所述活性炭纤维毡或活性炭纤维布和来源于生物的炭基材料的重量比为1：1。
进一步地，提供上述复合材料的制备方法，其特征在于：采用液相还原法，按照相应的比例，将所述纳米铁负载到载体上，随后进行烘干；最终负载纳米铁的活性炭纤维以毡或布的形式包裹负载纳米铁的来源于生物的炭基材料。
进一步地，本发明还提供将上述复合材料用于快速深度处理有机氯农药废水的应用，其特征在于：将上述复合材料用作水处理过滤器的滤芯材料。
所述滤芯材料为负载纳米铁的活性炭纤维以毡或布的形式包裹来源于生物的炭基材料；或者负载纳米铁的活性炭纤维碎片和负载纳米铁的来源于生物的炭基材料颗粒作为水处理过滤器的滤芯材料。
特别地，本发明复合材料用于快速深度处理敌草隆、灭草隆的农药废水的应用。所述农药废水是农药生产中产生的废水。
本发明采用活性炭纤维毡、活性炭纤维布和来源于生物的炭基材料作为载体，其利用的是活性炭纤维易工程化的特点(即方便制成毡、布等形式)以及不同来源生物炭基材料具有不同孔径分布特征，实现对有机氯农药类的高效降解。同时上述纳米铁和载体的重量份，是确保活性炭纤维和炭基材料之间的孔道畅通。
本发明的有益效果如下：
(1)采用活性炭纤维以毡或布的形式包裹不同来源生物炭基材料，具有易工程化的特征，方便使用和再生；
(2)不同来源生物炭具有不同的孔径特征和表面基团分布，进而拓宽可处理有机氯农药的种类；
(3)纳米铁的负载可大大提高消除有机氯农药的特点，因为吸附富集的同时得到高效的降解，避免了单纯吸附所具有的饱和效应；
(4)生物炭来源于动物粪便、动物骨头、植物根茎、木屑、竹炭、麦秸秆、椰壳、花生壳等废弃物，具有废物利用、节能减排、成本低的特征；
(5)采用本发明的复合材料可快速实现有机氯农药的降解，30分钟基本降解完全。
附图说明：
图1：本发明复合材料对有机氯农药敌草隆的降解性能曲线。
图2：本发明复合材料降解敌草隆反应前后的紫外吸收光谱(1反应前；2反应后)。
具体实施方式
为了理解本发明，下面以实施例进一步说明本发明，但不限制本发明。
实施例1：水体中有机氯农药敌草隆的高效去除
对袋状的黏胶基活性炭纤维毡(20克)和来源于椰壳的生物炭颗粒(20克)即按1：1的配比加入到100mL的硫酸亚铁(0.1mol/L)水溶液中，搅拌，慢滴入0.1mol/L的NaBH4水溶液100mL，并通高纯氮气保护。过滤，干燥，并将生物炭颗粒装入袋形状的黏胶基活性炭纤维毡中，封好，制得本发明的复合材料，将制得的水处理材料，放入敌草隆水溶液中，振荡，每隔5分钟取样分析敌草隆的降解情况。
为了与单独使用纳米铁，单独使用载体，以及载体单独为活性炭纤维或椰壳生物炭颗粒进行对比，特设置如下对照：纳米铁材料(往100mL的硫酸亚铁(0.1mol/L)水溶液中，搅拌，慢滴入0.1mol/L的NaBH4水溶液100mL，并通高纯氮气保护下制备。产物首先被磁铁分离(倾析)，然后再用无水乙醇洗涤，抽滤，最后置于真空干燥器中干燥保存，产物为纳米铁)；活性炭纤维(40克)；椰壳生物炭颗粒(40克)以及活性炭纤维(20克)/椰壳生物炭颗粒(20克)混合材料处理敌草隆水溶液效果作比较，结果见图1。图1结果表明本发明的复合材料具有高效快速消除敌草隆的性能，敌草隆在60分钟内被基本降解完毕。图2为本发明复合材料降解敌草隆反应前后的紫外吸收光谱，结果表明降解产物为可常规生化处理的苯胺。
实施例2：水体中有机氯农药灭草隆的高效去除
将活性炭纤维小块(50克，直径0.5cm左右)和来源于麦秸秆的生物炭颗粒(150克)按1：3的重量比(加入到400mL的0.1mol/L的硫酸亚铁水溶液中，搅拌，慢滴入0.1mol/L的NaBH4水溶液400mL，，并通高纯氮气保护。过滤，干燥，并将活性炭纤维和生物炭颗粒充分混合，作为水处理过滤器的滤芯材料填充到过滤柱中。将有机氯农药灭草隆废水通过进水口通过滤柱，出口处为含易生化降解苯胺水，后接生化处理装置，即可得净水。
本发明的一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料已经通过具体的实例进行了描述，本领域技术人员可借鉴本发明内容，适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种快速深度处理有机氯农药废水的复合材料，其特征在于，所述复合材料包含纳米铁和载体，二者的重量份分别为5-20重量份和80-95重量份；所述载体为活性炭纤维毡或活性炭纤维布和来源于生物的炭基材料的混合物，二者的重量比为1:1；所述纳米铁的直径为100nm；所述来源于生物的炭基材料为来源于动物粪便，动物骨头，植物根茎，木屑、竹炭、麦秸秆、椰壳或花生壳的炭基材料。
2.根据权利要求1的复合材料，其特征在于，纳米铁和载体的重量份分别为8-15重量份和85-92重量份。
3.根据权利要求1的复合材料，其特征在于，纳米铁和载体的重量份分别为10-14重量份和86-90重量份。
4.根据权利要求1的复合材料，其特征在于，纳米铁和载体的重量份分别为12重量份和88重量份。
5.根据权利要求1至4任一所述的复合材料的制备方法，其特征在于，采用液相还原法，按照相应的比例，将所述纳米铁负载到载体上，随后进行烘干；最终负载纳米铁的活性炭纤维以毡或布的形式包裹负载纳米铁的来源于生物的炭基材料。
6.根据权利要求1至4任一所述的复合材料用于快速深度处理有机氯农药废水的应用，其特征在于：将上述复合材料用作水处理过滤器的滤芯材料。
7.根据权利要求6的应用，其特征在于：所述滤芯材料为负载纳米铁的活性炭纤维以毡或布的形式包裹负载纳米铁的来源于生物的炭基材料；或者负载纳米铁的活性炭纤维碎片和负载纳米铁生物炭基材料颗粒作为水处理过滤器的滤芯材料。
8.根据权利要求6的应用，其特征在于：所述复合材料用于快速深度处理敌草隆、灭草隆的农药废水的应用。
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