针铁矿催化过氧化氢氧化降解水中多氯联苯的方法

摘要

利用针铁矿催化过氧化氢氧化降解水中多氯联苯的方法，属于环境修复技术领域，调节多氯联苯水溶液pH值为3～8，以针铁矿为催化剂，催化过氧化氢氧化降解多氯联苯。该方法能有效的去除水中的多氯联苯，是一种操作简单易行、高效、无二次污染的污染物去除方法。

说明书

 

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，具体涉及一种利用针铁矿催化过氧化氢氧化降解水中多氯联苯的方法。

背景技术

多氯联苯（Polychlorinated biphenyls，PCBs）是一种人工合成的氯代芳烃化合物，由209种同系物组成，具有潜在的致癌、致畸、致突变作用，能严重危害生态环境和人体健康。由于其优良的物理化学性质，在上世纪，PCBs被大量制造用作变压器和电容器的绝缘体、液压油、制冷剂、润滑剂和塑料增塑剂。现在广泛分布于各种环境介质当中。

PCBs目前最主要的处理方法是高温热解法，但是这种方法主要适用于处理高浓度的PCBs，且如果焚烧不完全的话，还有可能产生比PCBs毒性更强的二噁英。其他方法有还原法，如CN 1821192A公开了一种Ni-Al合金与碳酸盐反应产生氢气还原多氯联苯的方法，CN 1470300A公开了一种过渡金属化合物为反应促进剂，高活性纳米级碱金属氢化物为还原剂还原多氯联苯的方法。这些方法虽然对于多氯联苯具有较高的去除率，但对反应条件的要求较为苛刻，且费用也不低，因此有必要寻找一种反应条件温和，价格低廉，高效的多氯联苯去除方法。

铁矿物是广泛存在于自然界中，在铁矿物的催化作用下，过氧化氢能产生具有强氧化作用的羟基自由基(OH·)，OH·与水中绝大多数有机物的反应速度常数均在10⁸～10¹⁰ M^-1·s^-1数量级范围；它作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应；OH·无选择地直接与废水中的污染物反应将其降解。在合适的条件下，针铁矿催化过氧化氢将产生OH·对水中多氯联苯产生氧化降解作用。

发明内容

技术问题：本发明针对目前环境中多氯联苯的去除问题，提供了一种操作简单易行、高效、无二次污染的利用针铁矿催化过氧化氢降解水中的多氯联苯的方法。

技术方案：利用针铁矿催化过氧化氢氧化降解水中多氯联苯的方法，调节多氯联苯水溶液pH值为3～8，以针铁矿为催化剂，催化过氧化氢氧化降解多氯联苯。针铁矿在反应体系中的浓度为0.5～10.0g/L。过氧化氢在反应体系中的浓度为0.2～1.0mol/L。振荡的适宜温度为25℃，振荡适宜时间为96h，振荡适宜速度为150r/min。

有益效果：本发明在应用于pH=3.0的2,4,4′–三氯联苯(PCB28)污染水体修复中，针铁矿添加量为10 g/L，过氧化氢浓度为1.0 mol/L，反应温度为25 ℃，振荡速率为150 r/min，振荡时间为96 h，针铁矿催化过氧化氢对2,4,4′–三氯联苯的降解率超过98 %。在处理过程中，只有少量的铁离子溶出，说明针铁矿在反应的过程中稳定性好，可重复利用。自由基猝灭剂甲醇能有效的抑制PCB28的降解，表明反应的活性物质是羟基自由基，反应结束之后，PCB28被氧化降解成为有机酸类等易生物降解的物质，体系pH值明显下降。

附图说明：

图1为不同针铁矿浓度条件下对PCB28的降解效果；

图2为不同过氧化氢浓度条件下对PCB28的降解效果；

图3为不同pH值条件下对PCB28的降解效果；

图4为不同针铁矿浓度下铁离子溶出的量；

图5为甲醇对PCB28降解的影响。

具体实施方式

上述实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。

实施例1：

选取2,4,4′–三氯联苯(PCB28)为目标化合物。称取一定量针铁矿到40 mL棕色玻璃瓶中，用进样针加入PCB28储备液，加入过氧化氢水溶液，调节体系pH=3，最后溶液中PCB28的浓度为100 μg/L，针铁矿的浓度为10 g/L，过氧化氢的浓度为1.0 mol/L。盖上带有Teflon内衬的盖子，将反应瓶放入恒温振荡器中，温度设置在25℃，转速为150 r/min，避光反应。定期取样并萃取体系中残留的PCB28，用GC-ECD进行定性定量分析。结果表明，振荡96 h后，PCB28的降解率超过98 %。同样条件下，改变针铁矿浓度为0.5 g/L、1.0 g/L、5.0 g/L，所得PCB28的降解率为61.7 %、76.4 %、85.4 %。由此可知随针铁矿浓度升高，PCB28的降解率增加。

实施例2：

选取2,4,4′–三氯联苯(PCB28)为目标化合物。称一定量针铁矿到40 mL棕色玻璃瓶中，用进样针加入PCB28储备液，加入过氧化氢水溶液加入过氧化氢水溶液，调节体系pH=3，最后溶液中PCB28的浓度为100μg/L，针铁矿的浓度为1.0 g/L，过氧化氢的浓度为1.0 mol/L。盖上带有Teflon内衬的盖子，将反应瓶放入恒温振荡器中，温度设置在25℃，转速为150 r/min，避光反应。定期取样并萃取体系中残留的PCB28，用GC-ECD进行定性定量分析。结果表明，振荡96 h后，PCB28的降解率为76.4 %。同样条件下，改变过氧化氢浓度为0.2 mol/L、0.5 mol/L、2.0 mol/L，所得PCB28的去除率为46 %、63 %、71.7 %。由此可知最适宜的过氧化氢浓度为1.0 mol/L。

实施例3：

选取2,4,4′–三氯联苯(PCB28)为目标化合物。称一定量针铁矿到40 mL棕色玻璃瓶中，用进样针加入PCB28储备液，加入过氧化氢水溶液，调节体系pH=3，最后溶液中PCB28的浓度为100 μg/L，针铁矿的浓度为1.0 g/L，过氧化氢的浓度为1.0 mol/L。盖上带有Teflon内衬的盖子，将反应瓶放入恒温振荡器中，温度设置在25℃，转速为150 r/min，避光反应。定期取样并萃取体系中残留的PCB28，用GC-ECD进行定性定量分析。结果表明，振荡96h后，PCB28的降解率为76.4 %。同样条件下，改变体系pH值为5、7、8，所得PCB28的降解率分别为64.7 %、57.9 %、64.4 %。反应96 h后，体系最终pH值分别为2.80、3.44、3.75和3.91。由此可知最适宜的pH值为3，反应后pH值都下降，说明在羟基自由基作用下PCB28被降解成低毒易生物降解的有机酸类物质。

实施例4：

选取2,4,4′–三氯联苯(PCB28)为目标化合物。称取一定量针铁矿到40 mL棕色玻璃瓶中，用进样针加入PCB28储备液，加入过氧化氢水溶液，调节体系pH=3，最后溶液中PCB28的浓度为100 μg/L，针铁矿的浓度为10 g/L，过氧化氢的浓度为1.0 mol/L。盖上带有Teflon内衬的盖子，将反应瓶放入恒温振荡器中，温度设置在25℃，转速为150 r/min，避光反应。定期取样并萃取体系中残留的PCB28，用GC-ECD进行定性定量分析。结果表明，振荡96 h后，体系中铁离子浓度为0.64 μg/L。同样条件下，改变针铁矿浓度为0.5 g/L、1.0 g/L、5.0 g/L，所得铁离子浓度为0.05μg/L、0.006μg/L、0.002μg/L。由此可知在反应过程中只有少量的铁离子溶出，针铁矿的稳定性好，可重复利用。

实施例5：

选取2,4,4′–三氯联苯(PCB28)为目标化合物。称取一定量针铁矿到40 mL棕色玻璃瓶中，用进样针加入PCB28储备液，加入过氧化氢水溶液，调节体系pH=3，最后溶液中PCB28的浓度为100 μg/L，针铁矿的浓度为1.0 g/L，过氧化氢的浓度为1.0 mol/L。盖上带有Teflon内衬的盖子，将反应瓶放入恒温振荡器中，温度设置在25 ℃，转速为150 r/min，避光反应。定期取样并萃取体系中残留的PCB28，用GC-ECD进行定性定量分析。结果表明，振荡96 h后，PCB28的降解率为76.4 %。同样条件下，向体系中加入1.0 mL甲醇，反应96 h后，PCB28基本无降解(＜10%)。