CN112044948A - 一种纳米零价铁-氧化物体系机械化学修复多氯联苯污染土壤的方法 - Google Patents

一种纳米零价铁-氧化物体系机械化学修复多氯联苯污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于持久性有机化合物污染土壤处理技术领域，具体为一种纳米零价铁‑氧化物体系机械化学修复多氯联苯污染土壤的方法。本发明首先将自然风干的多氯联苯污染土样研钵研磨后过筛，然后将筛分后的污染土壤颗粒、纳米零价铁、氧化物以及氧化锆磨球按比例添加置于球磨罐中进行机械化学反应。通过机械化学实现多氯联苯污染土壤的高效降解。本发明方法具有高效、节能、无二次污染、易操作的特点，是一种具有良好前景的多氯联苯污染土壤的修复方法。

Description

一种纳米零价铁-氧化物体系机械化学修复多氯联苯污染土 壤的方法
技术领域
本发明属于持久性有机化合物（POPs）污染土壤处理技术领域，具体的说，涉及一种纳米零价铁-氧化物体系机械化学修复多氯联苯（PCBs）污染土壤的方法。
技术背景
持久性有机污染物指的是持久存在于环境中，具有很长的半衰期，且能够通过食物网积聚，并对人类健康以及环境造成不利影响的有机化学物质。多氯联苯属于致癌物质，容易累积在脂肪组织，造成脑部、皮肤以及内脏的疾病，并影响神经、生殖及免疫系统。
目前，常用的处理多氯联苯污染土壤的方法有：物理法、化学法、生物法等。物理法主要包括客土法、土壤蒸汽浸提、微波/超声加热、热脱附技术等。化学法主要包括固化/稳定化修复技术、氧化还原修复技术、淋洗/浸提修复技术、电动修复技术等。生物法是指利用土壤中的植物、动物和微生物等生物吸收、降解和转化土壤中的污染物质，使得其含量降低到一定水平或者转化为无害物质的方法。尽管这些方法已经应用于多氯联苯污染土壤的修复工程中，也具有一定的效果，但是存在很多问题，例如：处理成本过高、处理条件苛刻、易产生二次污染、微生物法修复时间过长等问题。
针对现在处理技术的不足，寻求更为绿色高效、操作简单、无二次污染的多氯联苯污染土壤处理技术具有重大意义。机械化学反应处理多氯联苯污染土壤具有修复效果高效明显、操作简单并且不易产生二次污染的特点，是一种具有应用前景的多氯联苯污染土壤处理技术。
发明内容
为了弥补上述现在修复多氯联苯污染土壤技术的不足，本发明提供了一种多氯联苯污染土壤的机械化学修复方法。通过机械球磨初始阶段，让纳米零价铁、氧化物（CaO、SiO2、Al2O3）与多氯联苯污染土壤充分接触，随着机械球磨进程，污染土壤中的多氯联苯被破坏，其结构和物理化学性质发生变化，并且最终全部降解，是一种清洁高效的处理多氯联苯污染土壤的修复处理技术。
本发明采用了如下的技术方案。
本发明提供一种纳米零价铁-氧化物体系机械化学修复多氯联苯污染土壤的方法，具体步骤如下：
将自然风干的多氯联苯污染土壤经过破碎、过筛得到的土壤颗粒与纳米零价铁、氧化物混合后加入到行星式球磨机球磨罐中，添加氧化锆磨球进行机械化学反应，球磨时间为2~6小时；其中：纳米零价铁和氧化物的总质量与多氯联苯污染土壤的质量的配比为1：19~1：9，纳米零价铁和氧化物的质量比为8：1~10：1；
机械化学反应结束后，将球磨罐中反应产物与磨球进行筛分，即得到修复后的土壤。
本发明中，氧化物选自氧化钙、二氧化硅或三氧化二铝中一种或多种。氧化物作为球磨助剂，其质地坚硬增加反应接触面积，促进反应发生，提高反应效率和降解率；同时氧化物在机械化学反应过程中，可接收电子，与多氯联苯中氯元素结合，起到脱氯作用。
本发明中，土壤颗粒、纳米零价铁和氧化物的总质量和氧化锆磨球的质量的配比为1：14~1：20。
本发明中，球磨转速为450~650转/分钟。
本发明中，机械化学反应方式为运行15分钟，停止15分钟，依次循环运行。
与现有的多氯联苯污染土壤修复技术相比，本发明所提供的方法具有如下优势：
该方法中，多氯联苯污染土壤与纳米零价铁、氧化物充分混合后，在机械化学作用下，多氯联苯污染土壤发生降解，高氯代有机物转变为低氯代有机物，多氯联苯污染土壤的毒性降低。该修复方法简便快捷，无二次污染，成本低廉，是一种绿色高效具有应用前景的多氯联苯污染土壤修复方法。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
将4.75 g多氯联苯污染土壤与0.225 g纳米零价铁和0.025 g氧化钙加入到装有氧化锆磨球（磨球直径约为15 mm）的行星式球磨机罐体中进行机械化学反应球磨，其中磨球与物料的质量比为14：1，土壤颗粒与纳米零价铁和氧化钙的质量比为19：1，纳米零价铁与氧化钙的质量比为9：1。设置球磨工艺条件为：球磨时间为2小时，球磨转速为550转/分钟，球磨方式为工作15分钟，间隔15分钟，依次循环进行。将反应前后的样品进行萃取、浓缩、净化等过程，使用GCMS分析土壤中的多氯联苯的污染浓度。
经分析，得到原始土壤中多氯联苯的污染浓度约为64.5 mg/kg，球磨后土壤中多氯联苯的污染浓度约为2.14 mg/kg，满足国家土壤环境质量建设用地第二类用地土壤污染风险管制值要求（3.8 mg/kg, GB 36600-2018）。
实施例2
将4.75 g多氯联苯污染土壤与0.225 g纳米零价铁和0.025 g二氧化硅加入到装有氧化锆磨球（磨球直径约为15 mm）的行星式球磨机罐体中进行机械化学反应球磨球磨，其中磨球与物料的质量比为14：1，土壤颗粒与纳米零价铁和二氧化硅的质量比为19：1，纳米零价铁与二氧化硅的质量比为9：1。设置球磨工艺条件为：球磨时间为6小时，球磨转速为650转/分钟，球磨方式为工作15分钟，间隔15分钟，依次循环进行。将反应前后的样品进行萃取、浓缩、净化等过程，使用GCMS分析土壤中的多氯联苯的污染浓度。
经分析，得到原始土壤中多氯联苯的污染浓度约为64.5 mg/kg，球磨后土壤中多氯联苯的污染浓度约为0.32 mg/kg，满足国家土壤环境质量建设用地第二类用地土壤污染风险筛选值要求（0.38 mg/kg, GB 36600-2018）。
实施例3
将4.75 g多氯联苯污染土壤与0.225 g纳米零价铁和0.025 g三氧化二铝加入到装有氧化锆磨球（磨球直径约为15 mm）的行星式球磨机罐体中进行机械化学反应球磨球磨，其中磨球与物料的质量比为14：1，土壤颗粒与纳米零价铁和三氧化二铝的质量比为19：1，纳米零价铁与三氧化二铝的质量比为9：1。设置球磨工艺条件为：球磨时间为2小时，球磨转速为550转/分钟，球磨方式为工作15分钟，间隔15分钟，依次循环进行。将反应前后的样品进行萃取、浓缩、净化等过程，使用GCMS分析土壤中的多氯联苯的污染浓度。
经分析，得到原始土壤中多氯联苯的污染浓度约为64.5 mg/kg，球磨后土壤中多氯联苯的污染浓度约为3.36 mg/kg，满足国家土壤环境质量建设用地第二类用地土壤污染风险管制值要求（3.8 mg/kg, GB 36600-2018）。
实施例4
将3.325 g多氯联苯污染土壤与0.1575 g纳米零价铁、0.0175 g二氧化硅加入到装有氧化锆磨球（磨球直径约为15 mm）的行星式球磨机罐体中进行机械化学反应球磨球磨，其中磨球与物料的质量比为20：1，土壤颗粒与纳米零价铁和二氧化硅的质量比为19：1，纳米零价铁与二氧化硅的质量比为9：1。设置球磨工艺条件为：球磨时间为4小时，球磨转速为550转/分钟，球磨方式为工作15分钟，间隔15分钟，依次循环进行。将反应前后的样品进行萃取、浓缩、净化等过程，使用GCMS分析土壤中的多氯联苯的污染浓度。
经分析，得到原始土壤中多氯联苯的污染浓度约为64.5 mg/kg，球磨后土壤中多氯联苯的污染浓度约为1.34 mg/kg，满足国家土壤环境质量建设用地第一类用地土壤污染风险管制值要求（1.4 mg/kg, GB 36600-2018）。
实施例5
将3.15 g多氯联苯污染土壤与0.315 g纳米零价铁和0.035 g氧化钙加入到装有氧化锆磨球（磨球直径约为15 mm）的行星式球磨机罐体中进行机械化学反应球磨球磨，其中磨球与物料的质量比为20：1，土壤颗粒与纳米零价铁和氧化钙的质量比为9：1，纳米零价铁与氧化钙的质量比为9：1。设置球磨工艺条件为：球磨时间为6小时，球磨转速为650转/分钟，球磨方式为工作15分钟，间隔15分钟，依次循环进行。将反应前后的样品进行萃取、浓缩、净化等过程，使用GCMS分析土壤中的多氯联苯的污染浓度。
经分析，得到原始土壤中多氯联苯的污染浓度约为64.5 mg/kg，球磨后土壤中多氯联苯的污染浓度约为0.11 mg/kg，满足国家土壤环境质量建设用地第一类用地土壤污染风险筛选值要求（0.14 mg/kg, GB 36600-2018）。

Claims (5)

1.一种纳米零价铁-氧化物体系机械化学修复多氯联苯污染土壤的方法，其特征在于，具体步骤如下：
将自然风干的多氯联苯污染土壤经过破碎、过筛得到的土壤颗粒与纳米零价铁、氧化物混合后加入到行星式球磨机球磨罐中，添加氧化锆磨球进行机械化学反应，球磨时间为2~6小时；其中：纳米零价铁和氧化物的总质量与多氯联苯污染土壤的质量的配比为1：19~1：9，纳米零价铁和氧化物的质量比为8：1~10：1；
机械化学反应结束后，将球磨罐中反应产物与磨球进行筛分，即得到修复后的土壤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化物选自氧化钙、二氧化硅或三氧化二铝中一种或多种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，土壤颗粒、纳米零价铁和氧化物的总质量和氧化锆磨球的质量的配比为1：14~1：20。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，球磨转速为450~650转/分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，机械化学反应方式为运行15分钟，停止15分钟，依次循环运行。
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