催化剂和微波联合降解石油污染土壤中总石油烃的方法

摘要

本发明涉及石油污染土壤中总石油烃的降解方法，具体地说是催化剂和微波联合降解石油污染土壤中总石油烃的方法。将污染土壤、水、催化剂的混合物于聚四氟乙烯的密封罐中，置于微波消解仪中进行降解，催化剂的加入量是污染土壤质量的0.2％～1.0％，水的加入量是污染土壤质量的5.0％～30.0％，微波处理时间为3～11分，微波处理条件：微波频率2450MHz，额定微波输出功率400W，压力0.2MPa。本发明优点为：去除污染物效率高、速度快、易于操作、成本低廉且不易产生二次污染。

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油污染土壤的催化降解方法，具体地说是一种催化剂和微波联合降解土壤中总石油烃的方法。

背景技术

石油在开采、运输、加工及消耗过程中，难以避免对土壤造成污染，其主要成分为烷烃、环烷烃和芳香烃等各种碳氢化合物，其中一些有机化合物可干扰动物内分泌系统，影响生物和人类的繁衍，使免疫功能失调，具有致癌、致畸和致基因突变的作用，对人类健康和环境质量产生严重威胁。此外，石油烃有机化合物在土壤中比较稳定，难于降解，对土壤环境的污染有不断加重的趋势。因而，对其治理是在必行。目前，采用经济和环境效益相结合的修复技术治理土壤石油污染，越来越受到环境保护部门和石油开采行业的重视。

目前，关于石油污染土壤的修复技术主要包括物理修复、生物修复和化学修复。物理修复方法主要存在处理费用高与修复不彻底的缺点。生物修复方法虽然具有处理费用低、不产生二次污染等优点，但在实际处理过程中，受环境因素和气候条件影响较为明显，难于控制，且修复周期较长。

发明内容

针对目前石油污染土壤修复过程中存在的问题，本发明提供了一种简单易行、快速、高效、不产生二次污染的催化剂和微波联合降解石油污染土壤中总石油烃的方法

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：将污染土壤、水、催化剂的混合物于聚四氟乙烯的密封罐中，置于微波消解仪中进行降解，催化剂的加入量是污染土壤质量的0.2％～1.0％，水的加入量是污染土壤质量的5.0％～30.0％，微波处理时间为3～11分钟，微波处理条件：微波频率2450MHz，额定微波输出功率400W，压力0.2MPa。

所述的催化剂是活性炭、四氧化三铁或纳米二氧化钛的一种或两种。

所述的水的加入量优选为：污染土壤质量的16.0％～20.0％。

所述的微波处理时间优选5～7分钟。

本发明具有如下优点：

1.易于操作。本发明使污染土壤的处理简单。只需将污染土壤进行风干、过筛混匀的简单处理，将少量的活性炭、四氧化三铁或纳米二氧化钛的一种或两种催化剂的混合物与污染土壤进行机械混合，调节含水量，然后将土样转入聚四氟乙烯的密封罐内，微波条件下处理即可。

2.不产生二次污染。本发明属于微波化学降解，向污染土壤中添加的催化剂系土壤本身具有的物质，对土壤不会产生毒害作用，不造成二次污染，是一种环境友好型处理土壤中有机化合物的方法。

3.去除污染物的速度快，效率高。微波处理条件；微波频率2450MHz，额定微波输出功率400W，压力0.2MPa，聚四氟乙烯的密封罐体积50ml。调节水分、催化剂与污染土壤的质量比，优化消解时间，可大大提高土壤中总石油烃的降解效率。微波消解时间为5分钟时，降解率可达73.25％。

4.成本低廉。催化剂和水分的用量小，催化剂的加入量为污染土壤质量的0.2％，水的加入量为污染土壤质量的16.0％，降解率可达84.52％。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进一步说明。

材料：污染土壤：土样采自辽河油田兴隆台采油区，样品在室内暗处风干、磨碎、混匀过1mm筛备用。

活性炭：分析纯，比表面积为0.5m²/g，平均粒径0.3mm。

四氧化三铁：分析纯。

纳米二氧化钛：锐钛型，比表面积50m²/g，平均粒径15～20nm。

实施例1.

称取10g污染土壤，2g水分，按表1分别加入0.1g的催化剂，机械搅拌至均匀。

将污染土壤、水、催化剂于50ml聚四氟乙烯的密封罐中，置于微波消解仪中降解，降解时间分别为3分钟、5分钟、7分钟、9分钟和11分钟。

微波处理条件：微波频率2450MHz，额定微波输出功率400W，压力0.2MPa。

对经上述降解后的污染土壤进行总石油烃的提取与测定：将降解结束后的土样转入50ml离心管中，加入20ml二氯甲烷，超声波冰浴萃取30分钟，4000rmp离心5分钟，重复超声与离心三次，紫外分光光度计法测定总石油烃的含量，计算降解率，结果见表1。

表1

催化剂                            时间(分钟)0 3 5 7 9 11活性炭20.34 26.73 47.48 69.65 63.57 57.35四氧化三铁20.34 41.96 73.25 70.73 65.19 69.57纳米二氧化钛20.34 24.20 33.25 58.55 47.72 48.93活性炭-纳米二氧化碳20.34 33.58 35.89 43.81 34.82 33.70CK对照20.34 27.68 24.30 29.87 34.43 35.29

加入活性炭的降解率分别为26.73％～69.65％，微波消解时间为7分钟时为最适时间，降解率为69.65％；加入四氧化三铁的降解率分别为41.96％～73.25％，微波消解时间为5分钟时为最适时间，降解率为73.25％；加入纳米二氧化钛的降解率分别为24.20％～58.55％，微波消解时间为7分钟时为最适时间，降解率达58.55％；加入活性炭和纳米二氧化碳(1∶1)混合物的降解率分别为33.58％～43.81％，微波消解时间为7分钟时为最适时间，降解率为43.81％。

实施例2

称取10g污染土壤，按表2分别加入0.02g的催化剂，水的加入量分别为污染土壤质量的10.0％、16.0％、20.0％、24.0％和30.0％，机械搅拌至均匀。

将污染土壤、水、催化剂于50ml聚四氟乙烯的密封罐中，置于微波消解仪中降解，降解时间为7分钟。

微波处理条件：微波频率2450MHz，额定微波输出功率400W，压力0.2MPa。

对经上述降解后的污染土壤进行总石油烃提取与测定：将降解结束后的土样转入50ml离心管中，加入20ml二氯甲烷，超声波冰浴萃取30分钟，4000rmp离心5分钟，重复超声与离心三次，紫外分光光度计法测定总石油烃的含量，计算降解率，结果见表2。

表2

催化剂                      水的用量(％)0 10 16 20 24 30活性炭70.73 70.05 78.08 78.69 75.01 72.86

四氧化三铁45.87 75.57 84.21 77.82 70.30 64.44纳米二氧化钛53.85 72.32 84.52 82.13 72.01 64.94活性炭-纳米二氧化碳63.21 56.91 79.63 75.86 65.98 60.32CK对照12.38 18.91 34.20 35.23 24.08 20.09

经过7分钟的微波消解，以活性炭为催化剂，改变水的用量时，降解率分别为70.05％～78.69％，水分的加入量为污染土壤质量的20.0％时为最适量，降解率达78.69％；以四氧化三铁为催化剂，改变水的用量时，降解率分别为64.44％～84.21％，水分的加入量为污染土壤质量的16.0％时为最适量，降解率达84.21％；以纳米二氧化钛为催化剂，改变水的用量时，降解率分别为64.94％～84.52％，水分的加入量为污染土壤质量的16.0％时为最适量，降解率达84.52％，以活性炭与纳米二氧化钛(1∶1)为催化剂，改变水的用量时，降解率分别为56.91％～79.63％，水分的加入量为污染土壤质量的16.0％时为最适量，降解率达79.63％。