CN108246790A - 一种修复酚类有机物污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种修复酚类有机物污染土壤的方法,属于土壤修复技术领域。本发明将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应10~90min得到修复土壤和萃取气体;将水、氧化剂、催化剂加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,再将萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应1~60min得到无害气体。本发明方法中,所用二氧化碳可回收重复利用,降低成本;在低温状态下温和修复土壤的同时,实现酚类有机物的无害化及资源化。
Description
技术领域
本发明涉及一种修复酚类有机物污染土壤的方法,属于土壤修复技术领域。
背景技术
酚是一种芳香族碳氢化合物的含氧衍生物,是一大类相似化合物的总称,包括苯酚、氨基酚、氯酚、硝基酚、间二苯酚以及其它酚类化合物等。酚类物质是工业废水中常见的难降解、毒性高的有机污染物,往往具有致癌、致畸和致突变特性,给生物和生态系统造成严重的威胁。在工业中,酚类是重要的化工原料和中间体,可用于制造酚醛树脂、高分子材料、离子交换树脂、合成纤维、燃料、药物等。与之对应的含酚废水主要来源于塑料厂、焦化厂、石油化工厂、染料厂、农药厂、树脂厂、苯酚厂等。
含酚废水在土壤中的迁移时,酚类有机物可以牢固的吸附在土粒表面,污染土壤。常见的修复技术分为:物理、化学、生物技术等。其中物理技术可用加热挥发、材料吸附、电动力学处理等;化学技术可用氧化剂进行氧化降解,光催化降解和化学洗涤等;生物技术是利用大量微生物对其进行氧化分解。
中国专利 CN103436268B中公开了一种苯酚污染土壤修复材料的制备方法,将麦秸秆经清洗、干燥、粉碎、3-巯基丙基三甲氧基硅烷处理后,放入四钼酸铵、柠檬酸和硝酸铝形成的溶胶溶液中,冷却、干燥得到修复材料,修复材料与土壤在水中混合,经模拟太阳光照射,完成去除苯酚的过程,修复周期较长,并且没有说明如何回收修复后的土壤;中国专利CN104438301B中公开了一种苯酚污染土壤的修复方法,将土壤、活性炭、木屑、聚酯纤维、聚甲基丙烯酸酯在去离子水中混合均匀后,同时利用机械搅拌和微波处理,再经离心分离、沉淀、晒干,得到修复后土壤,但步骤繁琐,所需操作较多;中国专利CN106085447A中公开了一种苯酚类污染土壤修复材料,以甲壳素、沸石粉、绿藻、腐植酸、贝壳粉、金针菇菌糠、玉米芯、米糠、茶籽壳、草炭灰、槟榔树木屑、棕榈树木屑、复合酶制剂和复合微生物菌剂的混合物作为修复材料,其中复合酶制剂包括羧肽酶A、过氧化物酶和丁酰胆碱酯酶,复合微生物菌剂由绿针假单胞菌菌粉、蕈状芽孢杆菌菌粉、荧光假单胞菌菌粉、赤红球菌菌粉、希瓦氏菌菌粉、戊糖片球菌菌粉组成,其修复材料的原料使用较多,成本较高。
发明内容
针对现有技术中酚类有机物污染土壤的修复问题,本发明提供一种修复酚类有机物污染土壤的方法,本发明方法利用超临界二氧化碳对有机物的萃取作用,以及超临界水的快速催化氧化(气化)作用,实现苯酚污染土壤的温和修复,以及污染物苯酚的无害化处理和资源化利用。
一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应10~120min得到修复土壤和萃取气体,其中二氧化碳的超临界态的温度为30~70℃,压力为7.5~25MPa;
(2)将水、氧化剂、催化剂加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应0.1~60min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为380~600℃,压力为22.1~30MPa;
所述步骤(1)中酚类有机物为苯酚、对甲苯酚、间甲苯酚、对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚、连苯三酚、均苯三酚、偏苯三酚的一种或多种;
所述步骤(1)中二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为(0~0.1):1,二氧化碳携带剂为甲醇、乙醇的一种或任意比两种;
所述步骤(1)中二氧化碳的流速为10~35L/h;
所述步骤(2)中氧化剂与酚类有机物的摩尔比为(1~16):1,氧化剂为双氧水、过氧化钠、过氧碳酸钠、过氧化钾、过氧碳酸钾或氧化性气体,氧化性气体为O2和/或O3;
所述步骤(2)中催化剂与酚类有机物的质量比为(0.1~1):1,催化剂为碱金属的氢氧化物、碱金属的碳酸盐、碱金属的碳酸氢盐、过渡金属与贵金属的合金、过渡金属的合金、贵金属的合金中的一种或任意比多种;
进一步地,所述步骤(2)中碱金属的氢氧化物为NaOH或KOH,碱金属的碳酸盐为Na2CO3、NaHCO3、K2CO3或KHCO3,过渡金属为Zn、Co、Ni或Cu,贵金属为Pd、Pt或Ru;
本发明的原理为:
(1)二氧化碳处于超临界状态时,可与有机物互溶,相除相间传质阻力,能够快速的将酚类有机物从土壤中脱附;
(2)超临界水有强烈的水解作用,并且可与气体互溶,当气体为氧化性气体时,如氧气,可发生强烈的水解-氧化作用,从而氧化酚类有机物生成二氧化碳、水和氢气等;
(3)当供氧量超过理论需氧量并发生完全氧化时,生成二氧化碳和水,当供氧量不足时,发生部分氧化气化生成氢气和一氧化碳,生成资源化气体进行回收利用。
本发明的有益效果:
(1)本发明中超临界二氧化碳将酚类有机物从土壤中脱附出来,修复污染土壤;在超临界水中存在过量氧化剂时,酚类有机物可完全氧化分解,生成水和二氧化碳,无二次污染;
(2)本发明中存在非过量氧化剂和/或催化剂时,酚类有机物发生部分氧化,生成氢气和一氧化碳,生成资源化气体进行回收利用;
(3)本发明中氧化性气体可与超临界水互溶,提高利用率,有益于降低工艺成本;
(4)本发明的操作简单,修复效率高,所用二氧化碳可回收重复利用,温和修复后的土壤基本保持原结构。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应60min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为苯酚,二氧化碳的超临界态的温度为55℃,压力为7.5MPa;二氧化碳的流速为25L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为双氧水)、催化剂(催化剂为NaOH)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应15min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为385℃,压力为22.5MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为1:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.8:1;
本实施例修复后的土壤中苯酚的去除率达85%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为66%,超临界水中苯酚去除率为80%。
实施例2:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为乙醇)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应10min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为对甲苯酚,二氧化碳的超临界态的温度为85℃,压力为7.5MPa;二氧化碳携带剂(乙醇)与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.02:1,二氧化碳的流速为10L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为过氧化钠)、催化剂(催化剂为Na2CO3)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应1min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为600℃,压力为35MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为4:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.2:1;
本实施例修复后的土壤中对甲苯酚的去除率达89%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为73%,超临界水中对甲苯酚去除率为85%。
实施例3:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为乙醇)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应20min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为间甲苯酚,二氧化碳的超临界态的温度为32℃,压力为25MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.04:1,二氧化碳的流速为35L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为过氧碳酸钠)、催化剂(催化剂为KHCO3)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应60min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为375℃,压力为27.5MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为6:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.4:1;
本实施例修复后的土壤中间甲苯酚的去除率达91%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为68%,超临界水中间甲苯酚去除率为75%。
实施例4:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为甲醇和乙醇的混合物,甲醇和乙醇的体积比为1:1)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应30min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为对苯二酚,二氧化碳的超临界态的温度为35℃,压力为9MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.05:1,二氧化碳的流速为18L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为过氧化钾)、催化剂(催化剂为Zn合金)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应10min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为410℃,压力为22.1MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为7:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.5:1;
本实施例修复后的土壤中对苯二酚的去除率达80%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为65%,超临界水中对苯二酚去除率为76%。
实施例5:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为二氧化碳携带剂为甲醇和乙醇的混合物,甲醇和乙醇的体积比为1:2)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应40min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为邻苯二酚,二氧化碳的超临界态的温度为45℃,压力为10MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.03:1,二氧化碳的流速为20L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为过氧碳酸钾)、催化剂(催化剂为Zn-Pd合金)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应15min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为425℃,压力为22.5MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为10:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.3:1;
本实施例修复后的土壤中邻苯二酚的去除率达89%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为75%,超临界水中邻苯二酚去除率为79%。
实施例6:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为二氧化碳携带剂为甲醇和乙醇的混合物,甲醇和乙醇的体积比为1:3)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应50min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为间苯二酚,二氧化碳的超临界态的温度为60℃,压力为15MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.06:1,二氧化碳的流速为25L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为O2)、催化剂(催化剂为Zn-Ni合金)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应20min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为575℃,压力为29.5MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为12:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.6:1;
本实施例修复后的土壤中间苯二酚的去除率达92%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为64%,超临界水中间苯二酚去除率为82%。
实施例7:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为二氧化碳携带剂为甲醇和乙醇的混合物,甲醇和乙醇的体积比为2:1)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应70min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为连苯三酚,二氧化碳的超临界态的温度为55℃,压力为17.5MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.07:1,二氧化碳的流速为27L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为O3)、催化剂(催化剂为Zn-Ni-Pd合金)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应30min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为495℃,压力为30.5MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为14:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.7:1;
本实施例修复后的土壤中连苯三酚的去除率达93%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为79%,超临界水中连苯三酚去除率为86%。
实施例8:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为二氧化碳携带剂为甲醇和乙醇的混合物,甲醇和乙醇的体积比为3:1)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应80min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为均苯三酚,二氧化碳的超临界态的温度为70℃,压力为20MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.08:1,二氧化碳的流速为25L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为过氧化钠)、催化剂(催化剂为Ni-Co合金)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应40min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为525℃,压力为32.5MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为16:1,催化剂与酚类有机物的质量比为1:1;
本实施例修复后的土壤中均苯三酚的去除率达93%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为63%,超临界水中均苯三酚去除率为75%。
实施例9:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为二氧化碳携带剂为甲醇和乙醇的混合物,甲醇和乙醇的体积比为4:1)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应90min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为偏苯三酚,二氧化碳的超临界态的温度为80℃,压力为22.5MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.09:1,二氧化碳的流速为30L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为O3)、催化剂(催化剂为Ni-Cu-Ru合金)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应50min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为465℃,压力为27.5MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为9:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.9:1;
本实施例修复后的土壤中偏苯三酚的去除率达94%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为72%,超临界水中偏苯三酚去除率为87%。
实施例10:一种修复酚类有机物污染土壤的方法,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂(二氧化碳携带剂为甲醇)通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应40min得到修复土壤和萃取气体,其中酚类有机物为苯酚和对苯二酚,二氧化碳的超临界态的温度为65℃,压力为25MPa;二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为0.1:1,二氧化碳的流速为12L/h;
(2)将水、氧化剂(氧化剂为过氧化钾)、催化剂(催化剂为Pt-Pd合金)加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应35min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为550℃,压力为35MPa;氧化剂与酚类有机物的摩尔比为15:1,催化剂与酚类有机物的质量比为0.1:1;
本实施例修复后的土壤中苯酚的去除率达95%,对苯二酚的去除率达91%,超临界水处理后单位气体产物中H2含量为62%,超临界水中苯酚的去除率达89%,对苯二酚的去除率达87%。
Claims (7)
1.一种修复酚类有机物污染土壤的方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)将酚类有机物污染土壤置于高温高压反应釜Ⅰ中,将二氧化碳、二氧化碳携带剂通入高温高压反应釜Ⅰ中,并升温加压至二氧化碳的超临界态,接触萃取反应10~90min得到修复土壤和萃取气体,其中二氧化碳的超临界态的温度为32~85℃,压力为7.5~25MPa;
(2)将水、氧化剂、催化剂加入到高温高压反应釜Ⅱ中,密闭高温高压反应釜Ⅱ,然后进行升温加压至高温高压反应釜Ⅱ内的水达到水的超临界状态,将步骤(1)所得萃取气体通入高温高压反应釜Ⅱ进行氧化气化反应1~60min得到无害气体,其中水的超临界状态温度为375~600℃,压力为22.1~35MPa。
2.根据权利要求1所述修复酚类有机物污染土壤的方法,其特征在于:步骤(1)中酚类有机物为苯酚、对甲苯酚、间甲苯酚、对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚、连苯三酚、均苯三酚、偏苯三酚的一种或多种。
3.根据权利要求1所述修复酚类有机物污染土壤的方法,其特征在于:步骤(1)中二氧化碳携带剂与酚类有机物污染土壤的液固比mL:g为(0~0.1):1,二氧化碳携带剂为甲醇、乙醇的一种或任意比两种。
4.根据权利要求1所述修复酚类有机物污染土壤的方法,其特征在于:步骤(1)中二氧化碳的流速为10~35L/h。
5.根据权利要求1所述修复酚类有机物污染土壤的方法,其特征在于:步骤(2)中氧化剂与酚类有机物的摩尔比为(1~16):1,氧化剂为双氧水、过氧化钠、过氧碳酸钠、过氧化钾、过氧碳酸钾或氧化性气体,氧化性气体为O2和/或O3。
6.根据权利要求1所述修复酚类有机物污染土壤的方法,其特征在于:步骤(2)中催化剂与酚类有机物的质量比为(0.1~1):1,催化剂为碱金属的氢氧化物、碱金属的碳酸盐、碱金属的碳酸氢盐、过渡金属与贵金属的合金、过渡金属的合金、贵金属的合金中的一种或任意比多种。
7.根据权利要求4所述修复酚类有机物污染土壤的方法,其特征在于:步骤(2)中碱金属的氢氧化物为NaOH或KOH,碱金属的碳酸盐为Na2CO3、NaHCO3、K2CO3或KHCO3,过渡金属为Zn、Co、Ni或Cu,贵金属为Pd、Pt或Ru。
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