CN104034660A

CN104034660A - 光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法

Info

Publication number: CN104034660A
Application number: CN201410263427.0A
Authority: CN
Inventors: 钱国平; 秦志斌; 郑凯; 郑伟; 金明; 左瑞芳; 胡景谱; 刘芊芊; 谭欣
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Guangzhou Cheng an Luqiao Testing Co., Ltd.; Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: CN104034660B

Abstract

一种光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法，包括a、试验条件设定；b、光催化材料制备；c、表层处理；d、选取空白试件；e、试件处理；f、对试件表面进行模拟雨水的喷洒，同时收集试件冲洗后的溶液；g、选取不同紫外线强度L W/m²、试验温度T℃或/和光催化材料的用量，循环步骤a至f，然后根据水和废水监测分析方法测量步骤f中收集到的1号试件和和2号试件溶液中的石油类含量和COD值；h、根据测得的试验数据，对选用的光催化材料在该试验条件下的催化降解效果进行定量评估；g、在不同的试验组中，横向比较各试验组的IW_i最大值，反向分析紫外线强度、试验温度、反应时间、单位面积的催化材料用量对光催化降解效果的影响，本发明克服由于不同单一测试法评价结果不一致的缺点，使对具有降解路面漏油污染的路面功能表层的测试系统和评价方法更加全面、准确，提高研究成果的可信度，为实际应用推广奠定基础。

Description

光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法

技术领域

本发明涉及一种光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法。

背景技术

近年来，我国的道路基础设施建设得到迅猛发展，但是随着人们对环境保护的日益重视，道路环境也成为一个备受关注的焦点。

机动车在道路行驶过程中，车辆抛锚、发动机漏油等情况时有发生，泄漏的石油类污染物(主要是汽油、柴油、润滑油)会对道路安全与环境产生影响。受到影响的沥青混凝土路面会产生油蚀损害，造成路面早起破坏，大量油污泄漏于道路表面，车辆可能会发生侧滑，造成交通事故；同时，发生大量油污泄漏而经人工处理后的路面，或只是发生少量漏油而被污染的路面，在经降雨冲刷后形成的路面径流中都可能会含有超标的石油类污染物，从而影响周边水环境，造成二次污染。因此，目前有学者提出建设光催化降解漏油污染的路面功能表层的的设想。

但是，针对这一新提出的设想，目前在试验研究过程中大多都不能综合考虑各因素对光催化材料降解效果的影响，或是考虑的试验条件难以满足路面功能层的实际应用情况；在对降解效果评价时，大多只是选用单一的评价因子，不能全面、有效地对降解效果进行评价，且对于试验操作失误造成的不良影响难以及时发现，影响研究进展和结果可信度。因此，有必要提出一种应用方便、简单有效的光催化降解漏油污染的路面功能层效果测试系统，弥补现存的问题；同时，选择合适的、全面的评价指标并结合各指标特点制定定量评价标准，以完善评价方法，为光催化材料在路面漏油处置应用方面的推广奠定基础。

技术内容

本发明的目的是解决现有技术的不足而提供一种对路面冲刷并流入周边水环境的水质检测指标石油类污染物、COD值作为综合评价因子，并对其降解效果提出定量分析的评价标准的光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法，克服由于不同单一测试法评价结果不一致的缺点，使对具有降解路面漏油污染的路面功能表层的测试系统和评价方法更加全面、准确，提高研究成果的可信度，为实际应用推广奠定基础。

一种光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法，包括以下步骤：

a、试验条件设定：根据试验方案设定反应箱内紫外线光源的紫外线强度为L W/m²和试验温度为T℃；

b、光催化材料制备：称取光催化材料，光催化材料的用量按照试件表面面积计算且不超过350g/m²，称取偶联剂，偶联剂与光催化材料的质量比不高于5:1，将混合后的上述物质中加入无水乙醇使之均匀分散形成稳定的液相体系作为混合材料A；光催化材料的用量不超过350g/m²是因为是要本方法目的是最终要应用在路面上的，如果单位面积用量过多，在道路表面形成的薄膜会使路面的摩擦系数降低，不利于行车安全，这里采用偶联剂是因为选用的光催化材料是纳米级的，易发生团聚，会对其光催化降解效果产生影响，通过偶联剂对其进行表面改性，可以改善光催化材料在与无水乙醇混合时的分散稳定性，有利于形成均匀分散的稳定液相体系，保证在涂覆后形成的薄膜不发生明显的催化材料团聚现象；同时，偶联剂能起到在有机质材料与无机质材料之间连接的作用，因最终是应用于在路面上，且沥青属于有机质，而光催化材料一般为无机质材料，偶联剂在二者之间可以起到粘结作用，保证涂覆材料在使用过程中不易剥落，实现良好的耐久性能。

c、表层处理：在试件表面均匀涂覆混合材料A，将试件放置于通风处，使得无水乙醇挥发完全，然后在其表面喷洒质量为M克的油类，将该试件编号为1号；

d、同时另取一块尺寸、材质相同的试件，不经过步骤c的处理，在其表面喷洒与1号试件相同质量的油类，将该试件编号为2号；

e、将按照步骤d处理完成后的1、2号试件放置到反应箱中，按照步骤1中设定值设定反应箱内紫外线光源的紫外线强度和试验温度，并开始计时；

f、待试验时间t后，取出1、2号试件并分别用同样量的去离子水对试件表面进行模拟雨水的喷洒，同时收集试件冲洗后的溶液；喷洒的去离子水需保证单位面积上的用水量不小于1mL/cm²，在收集的同时不断用玻璃棒对收集到的溶液进行搅拌；用水量不小于1mL/cm²是为了模拟降雨过程，且根据一般定义的中雨的日降雨量是10～24.9mm，所以用水量应不少于试件S×a(a>10mm，a为选取的降雨量，S为试件表面积)的水量。

g、选取不同紫外线强度L W/m²、试验温度T℃或/和光催化材料的用量，循环步骤a至f，然后根据水和废水分析检测方法，分别测量步骤f中收集到的1号试件溶液中的石油类含量A_1i(mg/L)和COD值B_1i(mg/L)和2号试件溶液中的石油类含量A_0i(mg/L)和COD值B_0i(mg/L)并记录试验数据，其中i＝1、2、3、...、n，n为该组试验的试验数量，i为对应的试验号；水和废水监测分析方法是对水质监测进行的方法总结，其中对各项水质指标(如石油类、COD值等)检测时可以采用的方法进行系统、详细说明，在本专利实施例中，石油类测量是选择红外分光光度法，COD测量是快速密闭催化消解法。

h、根据测得的试验数据，利用公式IA_i＝[(A_0i－A_1i)/A_0i]×100计算IA_i指数，利用公式IB_i＝[(B_0i－B_1i)/B_0i]×100计算IB_i指数，根据所得的测量值，采用加权评估法利用公式计算IW_i＝IA_i×0.6﹢IB_i×0.4对选用的光催化材料在特定试验条件下的催化降解效果进行定量评估，若IW_i≧50，则认为在该试验条件下取得了较好的降解效果；若IW_i＜50，则认为该降解效果欠佳；

g、在不同的试验组中，横向比较各试验组的IW_i最大值，由此分析紫外线强度、试验温度、反应时间、单位面积的催化材料用量对光催化降解效果的影响。

采用上述方案，本方法具有如下优点：

1、在光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试系统中，综合考虑到影响光催化降解过程的多个影响因素，从光照强度、试验温度、试验时间、光催化剂的单位用量等方面对选用的光催化材料进行系统的降解效果测试。

2、在控制光照强度时，通过调整紫外线光源的光照强度范围并结合紫外辐照计示数来控制距离光源一定距离处的光照强度，满足了不同试验条件对光照强度的要求。

3、在光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试系统中，选择不进行涂覆光催化材料的空白试件作为对照，而不是通过喷洒油类的减少量计算光催化材料的降解率，充分考虑到在实际路面漏油污染发生后可能出现的油类渗漏，更接近实际情况且能较好地反映真实的降解效果。

4、在采用该测试系统进行试验研究时运用的评价方法，是结合在实际道路环境中，假定发生漏油污染并经历雨水对道路冲刷产生的路面径流，对周边水环境造成二次污染的情况，采用水和废水分析方法中对常用的石油类和COD值作为综合评价因子，这样更加接近实际情况，对该光催化材料的实际应用提供可靠数据支持。

5、同时选用石油类和COD值两个指标作为综合评价因子，分别从两个不同的方面对降解效果进行评价，因此克服了采用单一测试方法评价结果，不够全面的缺点，使对光催化材料降解石油类污染物的效果评价更加准确、可信。

6、采用加权综合评估法对各评价因子进行综合评价、考虑，并由此提出对降解效果评价的定量分析标准，使评价结果直观、量化，并为探讨各因素对光催化效果的影响提供保证。

附图说明

图1为本发明测得石油类含量的试验数据。

图2为本发明测得COD值的试验数据。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

考察一种光催化氧化材料对路面油污的降解效果受光照强度的影响，选用的试件尺寸为150mm×150mm的大理石板，板厚度为20mm，其包括以下步骤：

1)试验条件设定：开启紫外线光源,用紫外辐照计测试在反应箱内距离光源垂直距离为65cm处的紫外线光强(W/m²)为15、22、30、38、45，根据紫外辐照计的测试结果，其对应的光照强度范围分别为9％、11％、15％、19％、23％，记录各设置的光照强度对应的强度范围值；设置反应箱内的温度为25℃，由箱内温度传感器控制箱内的发热丝和压缩机的工作状态，调整至设定的试验温度。

2)光催化材料制备：称取1g光催化材料用于涂覆上述选用的试件表面，用偶联剂与光催化材料按照1:1的质量比对纳米光催化材料进行表面改性处理，采用机械分散的方法将按照设定质量比混合后的偶联剂和光催化材料分散到10mL无水乙醇中形成稳定的液相体系，从而保证试验结果的准确性。

3)表层处理：在选用的试验载体上均匀涂覆上述制备完成的纳米光催化材料，使试件表面形成一层均匀分散的光催化材料表层，将试件放置于通风处，使其在自然风干,该试件编号为1。

4)在表面处理后的试件表面喷洒质量为1g的15#机械油；同时另取一块尺寸同为150mm×150mm，但未经上述步骤2、3处理的试件，在其表面喷洒相同质量的机械油，作为空白对照组同时进行试验，该试件编号为2。

5)将步骤4处理完成后的1、2号试件放置到反应箱中，待反应箱的温度稳定于25℃后再开启紫外线光源并调整至满足对应试验分组要求的光照强度范围值(9％、11％、15％、19％、23％)；同时记录试验开始时间。

6)待试验进行6h后，同时关闭紫外线光源和温度控制开关。取出1、2号试件并分别用2000mL的去离子水对试件表面喷洒，以冲洗表面残存的油类，用编号为1、2的3000mL烧杯回收对应试件冲洗后的全部溶液；冲洗时控制水流速度在100mL/min并不断用玻璃棒对溶液进行搅拌。

7)选取不同紫外线强度L W/m²，重复上述步骤，然后根将步骤6中收集的水-油混合溶液用红外测油仪和水质分析仪分别测量步骤f中收集到的1号试件溶液中的石油类含量A_1i(mg/L)和COD值B_1i(mg/L)和2号试件溶液中的石油类含量A_0i(mg/L)和COD值B_0i(mg/L)并记录试验数据，其中i＝1、2、3、...、n，n为该组试验的试验数量，i为对应的试验号；试验数据如表1、表2所示。

表1石油类数据(mg/L)

表2COD数据(mg/L)

8)根据测得的试验数据，分别绘制同一组试验中石油类含量和COD值在同一变量、不同情况下关于降解率的变化曲线，根据所得数据曲线评价该影响因素对该光催化材料降解石油类有机物的影响(如图1、2所示)。

9)根据测得的试验数据，利用公式IA_i＝[(A_0i－A_1i)/A_0i]×100计算IA_i指数，利用公式IB_i＝[(B_0i－B_1i)/B_0i]×100计算IB_i指数。上述公式是根据降解率计算公式(D＝(A₀－A)/A₀×100％)变形而来的，然后采用加权评估法利用公式计算IW_i＝IA_i×0.6﹢IB_i×0.4对选用的光催化材料在该试验条件下的催化降解效果进行定量评估，在光照强度为38W/m²、45W/m²时，其对应的IW值大于50，故认为在此试验组分中，该光照强度下可取得较好的降解效果；在光照强度为30W/m²、22W/m²、15W/m²时，其对应的IW值均小于50，则认为此时的降解效果欠佳，结合图1和图2，通过对IW值的分析，在该组试验研究中，试验温度T、反应时间t、单位面积的催化材料用量M都设定为统一值，而将紫外线光照强度L作为变量，通过把不同紫外线光照强度下的试验组测得结果带入公式计算可得，随着紫外线强度的增强，对应的IW值也相应变大，说明在该试验条件下，紫外线强度在15～45W/m²范围内时，紫外线强度越强，该光催化材料催化降解油类的效果越好，并且在光照强度为45W/m²时降解效果最好。

Claims

1.一种光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

b、光催化材料制备：称取光催化材料和偶联剂，偶联剂与光催化材料的质量比不高于5:1，将混合后的上述物质中加入无水乙醇使之均匀分散形成稳定的液相体系作为混合材料A；

c、表层处理：在试件表面均匀涂覆混合材料A，将试件放置于通风处，使得无水乙醇挥发完全，在其表面喷洒质量为M克的油类，将该试件编号为1号；

f、待试验时间t小时后，取出1、2号试件并分别用同样量的去离子水对试件表面进行模拟雨水的喷洒，同时收集试件冲洗后的溶液；

g、选取不同紫外线强度L W/m²、试验温度T℃或/和光催化材料的用量，循环步骤a至f，然后根据水和废水监测分析方法测量步骤f中收集到的1号试件溶液中的石油类含量A_1i(mg/L)和COD值B_1i(mg/L)和2号试件溶液中的石油类含量A_0i(mg/L)和COD值B_0i(mg/L)并记录试验数据，其中i＝1、2、3、...、n，n为该组试验的试验数量，i为对应的试验号；

h、根据测得的试验数据，利用公式IA_i＝[(A_0i－A_1i)/A_0i]×100计算IA_i指数，利用公式IB_i＝[(B_0i－B_1i)/B_0i]×100计算IB_i指数，根据所得的测量值，采用加权评估法利用公式计算IW_i＝IA_i×0.6﹢IB_i×0.4，对选用的光催化材料在该试验条件下的催化降解效果进行定量评估，若IW_i≧50，则认为在该试验条件下取得了较好的降解效果；若IW_i＜50，则认为该降解效果欠佳；

2.根据权利要求1所述的光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法，其特征在于：所述步骤a中，光催化材料的用量按照试件表面面积计算且不超过试件表面面积350g/m²。

3.根据权利要求1或2所述的光催化降解漏油污染的路面表层效果的测试方法，其特征在于：所述步骤f中，喷洒的去离子水需保证单位面积上的用水量不小于1mL/cm²，在收集的同时不断用玻璃棒对收集到的溶液进行搅拌。