CN109504393A - 一种有机污染土壤氧化修复试剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机污染土壤氧化修复试剂及其应用。有机污染土壤氧化修复试剂包括铁改性活性炭、柠檬酸和过硫酸盐;铁改性活性炭和柠檬酸作为共活化剂,以过硫酸盐作为氧化剂,能更高效地活化过硫酸钠产生硫酸根自由基,可以提高有机污染土壤修复效率,缩短修复周期,在修复有机物污染土壤方面具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机污染土壤修复试剂,特别涉及一种以铁改性活性炭和柠檬酸作为共活化剂来活化过硫酸盐实现氧化修复有机污染土壤的试剂,还涉及该修复试剂用于有机污染土壤修复的方法,属于有机污染土壤修复技术领域。
背景技术
有机污染土壤的污染来源很多,有机化学品生产企业生产过程中的泡冒滴漏、三废排放等不可避免地会导致生产车间或仓库周围土壤中残留高浓度有机物,形成有机物污染土壤;在有机化学品流通和使用过程中也会产生有机污染物,如农药、电器和电子设备拆解也导致一些区域土壤有机物污染。现有技术中采用化学方法来修复有机污染土壤是比较常见的,而使用过硫酸盐氧化有机污染土壤是一种基于硫酸根自由基的高级氧化方法,该方法能处理难降解有机物,对环境影响小,对反应的条件要求不高,且反应试剂易运输易储存使其更易在工程应用中得到推广。由于硫酸根自由基半衰期(4s)更长,所以理论上与污染物的接触时间也更长,可以降解更多种更难降解的有机物。但是过硫酸钠本身氧化能力不高,在正常情况下不能自发产生氧化性很强的硫酸根自由基,需要通过其他手段对过硫酸钠进行活化才能用于修复有机物污染土壤。目前报道的,能使过硫酸盐产生硫酸根自由基的活化方式有热活化、光活化、过渡金属活化、活性炭活化。光活化所需成本高,所需外界能量大,热活化系统复杂,而使用过过渡金属活化,部分金属可能会造成二次污染。综上所述,选择一种合适的能高效活化过硫酸盐方法是氧化处理有机污染土壤急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中过硫酸盐氧化修复试剂存在活化过程复杂、能耗高、效率低以及易造成二次污染等缺陷,本发明的第一个目的是在于提供一种对过硫酸盐活化效率高、时间短,可以提高有机污染土壤修复效率,缩短修复周期的氧化修复试剂,该氧化修复试剂能耗低、效率高且无二次污染,有利于推广应用。
本发明的第二个目的是在于提供一种有机污染土壤氧化修复试剂的应用,该有机污染土壤能快速、高效降解土壤中有机污染物,效果显著,且能适用于各种有机物污染土壤,包括(氯)乙烯、(氯)烷醇、BTEX(苯系物)、轻馏分PAH(多环芳烃)、酚类等,相比其他氧化修复药剂,可以将修复周期缩短至3~6个月,大大提高了修复效率。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种有机污染土壤氧化修复试剂,其包括铁改性活性炭、柠檬酸和过硫酸盐。
优选的方案,铁改性活性炭、柠檬酸和过硫酸盐的质量比为1~1.5:1~1.5:5~6。最优选的质量比为1:1:5。
优选的方案,所述铁改性活性炭由以下方法制备得到:将活性炭采用硝酸、磷酸和硫酸混合酸氧化,得到氧化活性炭;所述氧化活性炭置于氯化铁溶液中浸渍,得到载铁活性炭;所述载铁活性炭经过焙烧处理,即得。
较优选的方案,所述活性炭置于硝酸、磷酸和硫酸混合酸中,在150~180r/min搅拌速率下,搅拌8~10h。硝酸、磷酸和硫酸混合酸相对活性炭是过量的。
较优选的方案,所述硝酸、磷酸和硫酸混合酸的总浓度为2~3mol/L,硝酸、磷酸和硫酸的摩尔比为2~4:2~8:2~4。采用混合酸处理可以提高活性炭表面的活性基团数量,有利于后续铁的负载。
较优选的方案,所述氧化活性炭浸渍在0.3~0.6mol/L FeCl3溶液中,在150~180r/min的速率下,搅拌8~10h,静置浸渍5~6h。氯化铁溶液相对氧化活性炭是过量的。
较优选的方案,所述载铁活性炭在140~180℃温度及氮气保护下焙烧1~2h。
较优选的方案,所述过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中至少一种。
本发明还提供了一种有机污染土壤氧化修复试剂的应用,将其应用于有机污染土壤的氧化修复。
优选的方案,将有机污染土壤与铁改性活性炭及柠檬酸搅拌均匀后,加入过硫酸盐溶液,在常温条件下进行反应,氧化降解土壤中有机污染物。
较优选的方案,所述过硫酸盐溶液的浓度为:100mmol/L~600mmol/L;最优选为400mmol/L。
本发明的有机污染土壤氧化修复试剂中以铁改性活性炭和柠檬酸作为共活化剂,过硫酸盐作为氧化剂,铁改性活性炭和柠檬酸之间的协同作用明显,能快速、高效促进过硫酸盐释放自由基,自由基产生率高,产生时间短,可以增加过硫酸盐的利用率,提高有机污染土壤修复效率,缩短有机污染土壤的修复时间。活性炭其具有发达的微孔结构和超大的比表面积,且其本身具有一定的活化过硫酸钠的作用,而意外发现通过铁改性后的活化效率提高明显,而柠檬酸也具有促进过硫酸盐释放自由基的作用,更重要的是可以维持有机土壤中的微酸性环境,为铁改性活性炭提供更好的活化环境,两者协同作用明显,相对单一的活性炭或柠檬酸等活化剂,对土壤中有机污染物降解效果提升明显。
本发明的有机污染土壤氧化修复试剂在修复有机污染土壤过程中,各种药剂添加到有机污染土壤的顺序为:过硫酸盐、铁改性活性炭及柠檬酸。
本发明的铁改性活性炭的制备方法为氧化-浸渍-焙烧过程。具体是活性炭放入过量硝酸、磷酸和硫酸混合酸中,转速150~180r/min,搅拌8~10h,反复抽滤后置于干燥箱105~120℃烘干。氧化后的活性炭加到过量0.3~0.6mol/L FeCl3溶液中,转速150~180r/min,搅拌8~10h,反复抽滤后置于干燥箱105~120℃烘干。浸渍后的活性炭置于马弗炉中,于140~180℃焙烧1~2h后,冷却备用。
本发明的铁改性活性炭的制备过程,活性炭先通过混酸氧化,可以在活性炭比表及其孔道内修饰大量的酸性官能团,可以增强表面极性,从而可以提高Fe3+的负载率及负载稳定性,通过低温焙烧是可以更多的激活活性炭的活性位点。而焙烧温度不宜过高,且焙烧时间不宜过长,长时间或高温的焙烧,会使活性炭部分微孔孔壁坍塌形成大中孔,导致对过硫酸盐的活化效果不好。
相对现有技术,本发明的技术方案带来的有益效果:
1、本发明提供的有机污染土壤氧化修复试剂采用铁改性活性炭和柠檬酸作为双活化剂,两者协同作用明显,可以明显提高对过硫酸钠的活化作用,以提高过硫酸盐的自由基产生效率,主要体现在自由基产生量大,提高过硫酸盐利用率,产生自由基速率快,缩短对有机污染土壤的修复时间,相对现有技术中单一的活化剂活化过硫酸盐的修复试剂,本发明采用双活化剂提升降解土壤中有机污染物的效果显著。
2、本发明提供的有机污染土壤氧化修复试剂能适用于各种有机物污染土壤,包括(氯)乙烯、(氯)烷醇、BTEX(苯系物)、轻馏分PAH(多环芳烃)、酚类等,相比其他修复药剂,本发明的修复试剂修复周期只需3~6个月,大大提高了修复效率。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方法,下面结合实施例对本发明产品作进一步说明。
实施例1
铁改性活性炭氧化+浸渍+焙烧的制备:将活性炭置于硝酸、磷酸和硫酸摩尔比为3:6:3浓度为2.5mol/L混合酸中在160r/min搅拌速率下搅拌9h。氧化后的活性炭浸渍在0.4mol/L FeCl3溶液中,在160r/min的速率下搅拌9h,静置浸渍5h。浸渍后的载铁活性炭在160℃温度氮气保护下焙烧1h。
实施例2
铁改性活性炭氧化+浸渍+焙烧的制备:将活性炭置于硝酸、磷酸和硫酸摩尔比为2:2:2浓度为2mol/L混合酸中在150r/min搅拌速率下搅拌8h。氧化后的活性炭浸渍在0.3mol/L FeCl3溶液中,在150r/min的速率下搅拌8h,静置浸渍5h。浸渍后的载铁活性炭在140℃温度氮气保护下焙烧1h。
实施例3
铁改性活性炭氧化+浸渍+焙烧的制备:将活性炭置于硝酸、磷酸和硫酸摩尔比为4:8:4浓度为3mol/L混合酸中在180r/min搅拌速率下搅拌10h。氧化后的活性炭浸渍在0.6mol/L FeCl3溶液中,在180r/min的速率下搅拌10h,静置浸渍5h。浸渍后的载铁活性炭在180℃温度氮气保护下焙烧2h。
实施例4
铁改性活性炭和柠檬酸协同活化过硫酸钠氧化二甲苯有机污染土壤:向1kg二甲苯浓度55.71mg/kg的污染土壤中加入20g过硫酸钠,搅拌后使过硫酸钠充分与土壤混匀,再向污染土壤中加入4g柠檬酸、加入实施例1制备的铁改性活性炭4g,或实施例2制备的铁改性活性炭4g,或实施例3制备的铁改性活性炭4g,室温下养护120d,污染土壤中二甲苯的浓度分别降低至1.27mg/kg、4.92mg/kg、3.34mg/kg,降解率分别为97.72%、91.17%、94.01%。
对比实施例1
铁改性活性炭浸渍+焙烧的制备:将活性炭浸渍在0.4mol/L FeCl3溶液中,在160r/min的速率下搅拌9h,静置浸渍5h。浸渍后的载铁活性炭在160℃温度氮气保护下焙烧1h。
铁改性活性炭活化过硫酸钠氧化二甲苯有机污染土壤:向1kg二甲苯浓度55.71mg/kg的污染土壤中加入20g过硫酸钠,搅拌后使过硫酸钠充分与土壤混匀,再向污染土壤中加入4g柠檬酸,加入浸渍+焙烧制备的铁改性活性炭4g,室温下养护120d,污染土壤中二甲苯的浓度降低至4.61mg/kg,降解率为91.62%。
对比实施例2
二甲苯有机污染土壤的氧化降解:为证实污染土壤中二甲苯的降解是由于铁改性活性炭与柠檬酸之间的协同活化过硫酸钠作用引起的,向1kg二甲苯浓度55.71mg/kg的污染土壤中加入4g未负载铁活性炭和20g过硫酸钠,或实施例1制备的4g铁改性活性炭和20g过硫酸盐,或4g柠檬酸和20g过硫酸盐,或实施例1制备的4g铁改性活性炭、4g柠檬酸以及20g过硫酸钠,搅拌混匀后室温下养护120d,污染土壤中二甲苯的浓度分别降低至9.14mg/kg、5.25mg/kg、13.45mg/kg、1.01mg/kg,降解率分别为83.59%、90.58%、75.86%、98.19%。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。
Claims (10)
1.一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:包括铁改性活性炭、柠檬酸和过硫酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:铁改性活性炭、柠檬酸和过硫酸盐的质量比为1~1.5:1~1.5:5~6。
3.根据权利要求1或2所述的一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:所述铁改性活性炭由以下方法制备得到:将活性炭采用硝酸、磷酸和硫酸混合酸氧化,得到氧化活性炭;所述氧化活性炭置于氯化铁溶液中浸渍,得到载铁活性炭;所述载铁活性炭经过焙烧处理,即得。
4.根据权利要求3所述的一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:所述活性炭置于硝酸、磷酸和硫酸混合酸中,在150~180r/min搅拌速率下,搅拌8~10h。
5.根据权利要求4所述的一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:所述硝酸、磷酸和硫酸混合酸的总浓度为2~3mol/L,硝酸、磷酸和硫酸的摩尔比为2~4:2~8:2~4。
6.根据权利要求3所述的一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:所述氧化活性炭浸渍在0.3~0.6mol/L氯化铁溶液中,在150~180r/min的速率下搅拌8~10h,静置浸渍5~6h。
7.根据权利要求3所述的一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:所述载铁活性炭在140~180℃温度及氮气保护下焙烧1~2h。
8.根据权利要求1所述的一种有机污染土壤氧化修复试剂,其特征在于:所述过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸氨中至少一种。
9.权利要求1~8任一项所述有机污染土壤氧化修复试剂的应用,其特征在于:应用于有机污染土壤的氧化修复。
10.根据权利要求9所述有机污染土壤氧化修复试剂的应用,其特征在于:将有机污染土壤与铁改性活性炭及柠檬酸搅拌均匀后,加入过硫酸盐溶液,在常温条件下进行反应,氧化降解土壤中有机污染物。
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