CN112845565A - 石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于石油烃污染土壤修复技术领域，具体为石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，包括以下步骤：S1：制备石墨烯基纳米复合材料：将浓硫酸中加入石墨粉和硝酸钠均匀混合，冰浴状态下搅拌10～15min，温度保持5℃以下，向溶液中加入高锰酸钾，通过石墨烯基纳米复合材料的设置，石墨烯基纳米复合材料中具有二氧化钛，通过二氧化钛吸收波长低于387nm的紫外光的辐射能量并产生高活性电子和电子‑空穴，同时可利用自身巨大的比表面积吸附土壤中的溶解氧、氢氧根、有机污染物和水分子等，从而在其表面发生一系列的化学反应，最终降解有机污染物生成羟基自由基和超氧离子。
Description
技术领域
本发明涉及石油烃污染土壤修复技术领域，具体为石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用。
背景技术
石油烃污染主要来源于石油开采过程中泵、管线、油罐以及净化设备的泄漏，化工厂生产过程中的泄漏和不合格排放等，石油烃类物质的长链部分因其分子质量大，结构紧密，所以其乳化性能较低，在土壤中有很强的滞留性，将对土壤结构以及生物种群造成严重影响，并如同重金属污染物质一样，富集于积累性植物中，进入食物链，对人们的健康造成威胁，以芳香烃类物质为例，其对人及动物的毒性极大，尤其是以苯并[α]芘为代表的多环芳烃毒性更大。多环芳烃类物质可通过呼吸、皮肤接触、饮食摄入等方式进入人和动物体内，影响其肝、肾等器官的正常功能，甚至引起癌变。
现有的石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的使用效果不佳，对于对土壤中的石油烃进行处理。
发明内容
本发明的目的在于提供石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，以解决上述背景技术中提出的现有的石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的使用效果不佳，对于对土壤中的石油烃进行处理的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，包括以下步骤：
S1：制备石墨烯基纳米复合材料：将浓硫酸中加入石墨粉和硝酸钠均匀混合，冰浴状态下搅拌10～15min，温度保持5℃以下，向溶液中加入高锰酸钾，温度保持10℃以下达30min，然后将溶液加热至40℃，水浴反应60～90min，将溶液中加入去离子水并快速搅拌5min，将溶液中加入过氧化氢溶液，将溶液中倒入稀盐酸水溶液搅拌后静置，去除上层清液，将剩余溶液鼓风干燥10～12h，得到氧化石墨，将氧化石墨加入到水中，向水中加入生物碳，将混合物加入高压反应釜中12h，温度设定200℃～220℃，将混合物过滤得到黑色固体，将黑色固体鼓风干燥10～12h，得到碳化石墨烯，将碳化石墨烯加入去离子水中，超声分散1h，向离子水中加入纳米二氧化钛，将混合液在水浴中加热至50℃后滴加氢氧化钠溶液，2h后，将混合液放入真空干燥箱中烘干，烘干后进行研磨，得到石墨烯基纳米复合材料；
S2：将石油烃污染的土壤的进行干燥和粉碎，将粉碎后的土壤通过筛网进行筛选，去除石油烃污染土壤中的石头等杂质；
S3：将石油烃污染的土壤中加水并进行搅拌，使石油烃污染的土壤湿润；
S4：将湿润后的石油烃污染的土壤中加入铁粉、石墨烯基纳米复合材料和氧化镁并进行搅拌混合；
S5：将步骤S4中得到的混合土壤每天搅拌2～4次并进行紫外光照射，待石油烃污染的土壤中的石油烃含量不高于标准值，即完成对石油烃污染的土壤的修复。
优选的，所述步骤S3中，加水后的石油烃污染的土壤的含水率为10～30wt％。
优选的，所述步骤S4中铁粉、石墨烯基纳米复合材料、氧化镁和石油烃污染的土壤之间的质量比为2～5:2～6:3～6:100。
优选的，所述步骤S4中铁粉、石墨烯基纳米复合材料、氧化镁和石油烃污染的土壤之间的质量比为3～4:3～5:4～5:100。
优选的，所述步骤S4中，搅拌混合时间5～10min。
优选的，所述步骤S4中，石油烃污染的土壤温度控制在20℃～30℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)通过石墨烯基纳米复合材料的设置，石墨烯基纳米复合材料中具有二氧化钛，通过二氧化钛吸收波长低于387nm的紫外光的辐射能量并产生高活性电子和电子-空穴，同时可利用自身巨大的比表面积吸附土壤中的溶解氧、氢氧根、有机污染物和水分子等，从而在其表面发生一系列的化学反应，最终降解有机污染物生成羟基自由基和超氧离子，且二氧化钛吸光催化降解具有高渗透性和高降解率的优点；
2)通过石墨烯基纳米复合材料中的碳、土壤中添加的铁粉及土壤中的电解质形成原电池，对土壤中的石油烃进行降解，将石油烃污染的土壤进行修复；
3)通过将土壤中添加氧化镁作为稳定剂，将石油烃污染物转化为不易溶解的形态，便于将石油烃进行降解。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
本发明提供一种技术方案：石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，包括以下步骤：
S1：制备石墨烯基纳米复合材料：将浓硫酸中加入石墨粉和硝酸钠均匀混合，冰浴状态下搅拌10～15min，温度保持5℃以下，向溶液中加入高锰酸钾，温度保持10℃以下达30min，然后将溶液加热至40℃，水浴反应60～90min，将溶液中加入去离子水并快速搅拌5min，将溶液中加入过氧化氢溶液，将溶液中倒入稀盐酸水溶液搅拌后静置，去除上层清液，将剩余溶液鼓风干燥10～12h，得到氧化石墨，将氧化石墨加入到水中，向水中加入生物碳，将混合物加入高压反应釜中12h，温度设定200℃～220℃，将混合物过滤得到黑色固体，将黑色固体鼓风干燥10～12h，得到碳化石墨烯，将碳化石墨烯加入去离子水中，超声分散1h，向离子水中加入纳米二氧化钛，将混合液在水浴中加热至50℃后滴加氢氧化钠溶液，2h后，将混合液放入真空干燥箱中烘干，烘干后进行研磨，得到石墨烯基纳米复合材料；
S2：将石油烃污染的土壤的进行干燥和粉碎，将粉碎后的土壤通过筛网进行筛选，去除石油烃污染土壤中的石头等杂质；
S3：将石油烃污染的土壤中加水并进行搅拌，使石油烃污染的土壤湿润；
S4：将湿润后的石油烃污染的土壤中加入铁粉、石墨烯基纳米复合材料和氧化镁并进行搅拌混合；
S5：将步骤S4中得到的混合土壤每天搅拌2～4次并进行紫外光照射，待石油烃污染的土壤中的石油烃含量不高于标准值，即完成对石油烃污染的土壤的修复。
所述步骤S3中，加水后的石油烃污染的土壤的含水率为10～30wt％。
所述步骤S4中铁粉、石墨烯基纳米复合材料、氧化镁和石油烃污染的土壤之间的质量比为2～5:2～6:3～6:100。
所述步骤S4中铁粉、石墨烯基纳米复合材料、氧化镁和石油烃污染的土壤之间的质量比为3～4:3～5:4～5:100。
所述步骤S4中，搅拌混合时间5～10min。
所述步骤S4中，石油烃污染的土壤温度控制在20℃～30℃。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制备石墨烯基纳米复合材料：将浓硫酸中加入石墨粉和硝酸钠均匀混合，冰浴状态下搅拌10～15min，温度保持5℃以下，向溶液中加入高锰酸钾，温度保持10℃以下达30min，然后将溶液加热至40℃，水浴反应60～90min，将溶液中加入去离子水并快速搅拌5min，将溶液中加入过氧化氢溶液，将溶液中倒入稀盐酸水溶液搅拌后静置，去除上层清液，将剩余溶液鼓风干燥10～12h，得到氧化石墨，将氧化石墨加入到水中，向水中加入生物碳，将混合物加入高压反应釜中12h，温度设定200℃～220℃，将混合物过滤得到黑色固体，将黑色固体鼓风干燥10～12h，得到碳化石墨烯，将碳化石墨烯加入去离子水中，超声分散1h，向离子水中加入纳米二氧化钛，将混合液在水浴中加热至50℃后滴加氢氧化钠溶液，2h后，将混合液放入真空干燥箱中烘干，烘干后进行研磨，得到石墨烯基纳米复合材料；
S2：将石油烃污染的土壤的进行干燥和粉碎，将粉碎后的土壤通过筛网进行筛选，去除石油烃污染土壤中的石头等杂质；
S3：将石油烃污染的土壤中加水并进行搅拌，使石油烃污染的土壤湿润；
S4：将湿润后的石油烃污染的土壤中加入铁粉、石墨烯基纳米复合材料和氧化镁并进行搅拌混合；
S5：将步骤S4中得到的混合土壤每天搅拌2～4次并进行紫外光照射，待石油烃污染的土壤中的石油烃含量不高于标准值，即完成对石油烃污染的土壤的修复。
2.根据权利要求1所述的石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，其特征在于：所述步骤S3中，加水后的石油烃污染的土壤的含水率为10～30wt％。
3.根据权利要求1所述的石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，其特征在于：所述步骤S4中铁粉、石墨烯基纳米复合材料、氧化镁和石油烃污染的土壤之间的质量比为2～5:2～6:3～6:100。
4.根据权利要求3所述的石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，其特征在于：所述步骤S4中铁粉、石墨烯基纳米复合材料、氧化镁和石油烃污染的土壤之间的质量比为3～4:3～5:4～5:100。
5.根据权利要求1所述的石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，其特征在于：所述步骤S4中，搅拌混合时间5～10min。
6.根据权利要求1所述的石墨烯基纳米复合材料在石油烃污染土壤修复中的应用，其特征在于：所述步骤S4中，石油烃污染的土壤温度控制在20℃～30℃。
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| 岳宗恺等: "纳米材料在有机污染土壤修复中的应用与展望", 《农业环境科学学报》 * |
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