一種催化處理污染水土的組合材料及催化處理方法技術

本發明專利技術涉及一種催化處理污染水土的組合材料，包括催化材料以及含硫化合物；所述催化材料為硝酸改性生物質炭或硝酸改性人工合成炭；所述含硫化合物選自硫化鈉、硫化鉀、硫化鈣、硫酸鈉、亞硫酸鈉、連二硫酸鈉中的一種或多種。本發明專利技術通過選擇特定的催化材料與含硫化合物合用，可以使二者發揮協同作用，高效吸附污染物，從而快速阻截污染物的遷移，同時發生轉化作用，實現對污染物高效阻截的同時實現催化降解。本發明專利技術進一步提供了催化處理污染土壤、地下水的方法，所述方法可以為原位處理方法或異位處理方法。本發明專利技術提供的方法成本低、操作簡便，可以實現污染物的高效去除，具有較強的推廣價值。

Composite material for catalytic treatment of polluted soil and water and catalytic treatment method thereof

The present invention relates to a composite material of a catalytic treatment of pollution of water and soil, including catalytic materials and sulfur-containing compounds; the catalytic material for nitrate modified biomass carbon or nitrate modified synthetic carbon; the sulfur compounds selected from sodium sulfide, potassium hydroxide, calcium sulfide, sodium sulfate, sodium sulfite, sodium sulfate in two or a many. The present invention by selecting specific catalytic materials and sulfur compounds, the two can play a synergistic role in efficient adsorption of pollutants, so as to quickly intercept pollutants migration and transformation occurred at the same time, the realization of the photocatalytic degradation of pollutants, while blocking. The invention further provides a method for catalyzing treatment of contaminated soil and ground water, which can be an in situ treatment method or an ectopic treatment method. The method provided by the invention has the advantages of low cost, simple operation, high efficiency of pollutant removal and high popularization value.

【技術實現步驟摘要】
一種催化處理污染水土的組合材料及催化處理方法
本專利技術涉及污染物處理領域，具體涉及一種催化處理污染土壤、地下水的組合材料及催化處理方法。
技術介紹
鹵有機溶劑如四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)已被廣泛應用于金屬加工、電子技術、印刷、造紙、涂料和紡織業。由于不適當使用被排放到環境中造成嚴重的土壤、地下水的污染。目前氯代溶劑污染土壤、地下水的修復方法有很多種，包括原位修復方法如微生物厭氧還原脫氯，零價鐵還原脫氯、鉑、銠、鎳等金屬催化氫氣還原脫氯、高級氧化、熱脫附、活性炭吸附等；異位修復方法如抽取處理技術。以上修復技術在某種程度上均存在一定的弊端。在生物厭氧還原脫氯修復技術中，微生物活性受環境條件的限制，脫氯菌只有在嚴格的厭氧條件下才能完成還原脫氯作用，溶解氧會抑制甚至殺死脫氯菌，鈷胺素是脫氯菌完成脫氯作用必須的營養因子，電子供體的種類、pH、溫度等都會不同程度影響微生物的活性，另外，由于生物修復處理時間較長在某些情況下也受到一定的限制。零價鐵還原脫氯修復主要包括兩種修復形式，一種是將鐵屑或鐵粉與含水層介質按一定比例裝填到可滲透反應墻(PRB)中，流經PRB的污染地下水在PRB中得到去除；另一種是制備出納米級零價鐵，利用其反應活性高，易遷移等特點將其注入到污染區域，進行污染修復。但由于零價鐵在還原脫氯的過程中表面會形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀，從而降低其還原脫氯效果。鉑、銠、鎳等金屬催化劑催化氫氣還原脫氯技術主要是將一定比例的這些催化劑固定在載體表面后，將其投加到地下污染區域，并注入氫氣，使污染物在催化劑的催化作用下被氫氣還原脫氯，但地下水中的SO32-和HS-等會使催化劑中毒，失去活性；另外金屬催化劑尤其是貴金屬催化劑價格昂貴，而且易導致二次污染，因此限制其實際應用。高級氧化和熱脫附技術存在成本較高，活性炭吸附不能將污染物真正去除，只能將其從水相轉移到固相以及異位抽取處理處理效果差等缺點。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在的缺陷，提供了一種催化處理污染土壤、地下水的組合材料，該材料利用催化材料催化硫化物還原污染土壤、地下水中含有的污染物，從而實現污染物的高效去除。具體而言，本專利技術提供了一種催化處理污染土壤、地下水的組合材料，所述組合材料包括催化材料以及含硫化合物。本專利技術所述催化材料為硝酸改性生物質炭材料或硝酸改性人工合成炭材料。其中，所述硝酸改性生物質炭材料優選以生物質炭為原料經無氧煅燒以及硝酸改性而得。具體而言，本專利技術可以選用廢棄的秸稈、藤蔓和/或樹木為原料，經無氧煅燒以及硝酸改性而得。作為本專利技術的一種優選方案，所述硝酸改性生物質炭材料為BNC，采用如下方法制備而成：(1)以廢棄的秸稈、藤蔓和/或樹木枝干為原料，自然晾干或低溫烘干水分；(2)將經步驟(1)處理的原料在氮氣保護、750～850℃條件下無氧煅燒4～8h，得煅燒材料；(3)將步驟(2)所得煅燒材料研磨均勻后，在55～65℃下用3～5mol/L的硝酸浸泡6～10h，得硝酸改性材料；(4)用蒸餾水洗滌步驟(3)所得硝酸改性材料，自然晾干，即得。所述硝酸改性人工合成炭材料優選以人工合成炭為原料經無氧煅燒以及硝酸改性而得。具體而言，本專利技術可以選用以廢棄的工業糖漿和/或主要成分為碳水化合物的工業廢棄物為原料，經干燥、無氧煅燒以及硝酸改性而得。作為本專利技術的一種優選方案，所述硝酸改性人工合成炭材料為GTNC，采用如下方法制備而成：(1)將九水合硝酸鋁、一水合檸檬酸、工業糖漿和磷酸依次緩慢加入水中，充分混合后調節pH至4.5～5.5，在85～95℃水浴加熱過夜，得黑色固體；(2)將步驟(1)所得黑色固體在氮氣保護、750～850℃條件下無氧煅燒4～8h，得煅燒材料；(3)將步驟(2)所得煅燒材料研磨均勻后，在55～65℃下用3～5mol/L的硝酸浸泡6～10h，得硝酸改性材料；(4)用蒸餾水洗滌步驟(3)所得硝酸改性材料，自然晾干，即得。上述步驟(1)中，作為一種具體實施方案，所述磷酸的濃度為85％，所述九水合硝酸鋁、一水合檸檬酸、工業糖漿、85％磷酸和水的比例可采用75g：21g：20ml：9ml：200ml，在實際操作時可依據需要等比例放大或縮小各組分用量。其中，用于調節pH值的試劑可選用10％的氨水。本專利技術通過大量實踐發現，采用上述方法所得的硝酸改性生物質炭材料或硝酸改性人工合成炭材料均能夠實現對污染物高效阻截的同時實現催化降解，而未經硝酸改性的普通生物質炭材料或人工合成炭材料無法實現上述效果。進一步而言，采用普通常規硝酸改性方法而未采用本專利技術提供的特定優選方法改性獲得的生物質炭材料或人工合成炭材料亦難以實現本專利技術預期的優異效果。為了進一步提高所述催化材料與污染物的結合效率，本專利技術優選所述催化材料的粒徑為微米級或納米級。本專利技術所述含硫化合物選自硫化鈉、硫化鉀、硫化鈣、硫酸鈉、亞硫酸鈉、連二硫酸鈉中的一種或多種，優選為硫化鈉。本專利技術通過選擇特定的催化材料與含硫化合物合用，可以使二者發揮協同作用，高效吸附污染物，從而快速阻截污染物的遷移，同時發生轉化作用，實現對污染物高效阻截的同時實現催化降解。為了提高二者對污染物的去除效率，本專利技術優選所述催化材料與含硫化合的質量比為0.2～1.5：5～15，進一步優選為1～1.2：6～11。作為本專利技術的一種優選方案，所述催化材料為BNC或GTNC；所述含硫化合物為硫化鈉；所述催化材料與含硫化合的質量比為1～1.2：6～8。本專利技術所述組合材料可用于催化處理污染土壤、地下水。所述污染土壤、地下水中的主要污染物包括：鹵代烷烴、鹵代烯烴、硝基苯、硝基酚中的一種或多種；優選為鹵代烯烴、硝基苯、硝基酚中的一種或多種；進一步優選為鹵代烯烴或硝基苯和硝基酚的混合物。本專利技術同時提供一種原位催化處理污染土壤、地下水的方法，該方法將本專利技術提供的組合材料投入土壤和/或地下水的污染區域或污染源區域，即可。該方法可以使投入的組合材料形成原位反應帶，污染物質在流經原位反應帶時發生還原反應，從而被去除。為了實現污染物的高效去除同時節省原料和成本，當處理污染地下水時，所述污染物的量與所述組合材料的投入質量之比為100～500μmol：500～1000mg；當處理污染土壤時，所述污染物的量與所述組合材料的投入質量之比為100～500μmol：2～5g。本專利技術還提供一種異位催化處理污染土壤、地下水的方法，該方法從污染區取出土壤和/或地下水，與本專利技術提供的組合材料混合后充分攪拌處理，將經所述處理后的土壤和/或地下水回填，即可。為了實現污染物的高效去除同時節省原料和成本，當處理污染地下水時，所述污染物的量與所述組合材料的投入質量之比為100～500μmol：500～1000mg；當處理污染土壤時，所述污染物的量與所述組合材料的投入質量之比為100～500μmol：2～5g。在進行異位催化處理時，當處理對象為污染的地下水時，為了提高處理效率，本專利技術優選所述攪拌處理的溫度為30～40℃。本專利技術所述原位催化處理和異位催化處理均可在好氧條件下進行，也均可在厭氧條件下進行。本專利技術提供的組合材料及方法成本低、操作簡便，可以實現污染物的高效去除，具有較強的推廣價值。附圖說明圖1為實施例4中組合材料以及對照組對硝基苯的去除結果示意圖；圖2為實施例4中組合材料以及對本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于催化處理污染水土的組合材料，其特征在于，包括催化材料以及含硫化合物；所述催化材料為硝酸改性生物質炭材料或硝酸改性人工合成炭材料；所述含硫化合物選自硫化鈉、硫化鉀、硫化鈣、硫酸鈉、亞硫酸鈉、連二硫酸鈉中的一種或多種。

【技術特征摘要】
1.一種用于催化處理污染水土的組合材料，其特征在于，包括催化材料以及含硫化合物；所述催化材料為硝酸改性生物質炭材料或硝酸改性人工合成炭材料；所述含硫化合物選自硫化鈉、硫化鉀、硫化鈣、硫酸鈉、亞硫酸鈉、連二硫酸鈉中的一種或多種。2.根據權利要求1所述的組合材料，其特征在于，所述催化材料與含硫化合的質量比為0.2～1.5：5～15，優選為1～1.2：6～11。3.根據權利要求1或2所述的組合材料，其特征在于，所述硝酸改性生物質炭材料以廢棄的秸稈、藤蔓和/或樹木枝干為原料，經無氧煅燒以及硝酸改性而得；優選地，所述硝酸改性生物質炭材料為BNC，采用如下方法制備而成：(1)以廢棄的秸稈、藤蔓和/或樹木枝干為原料，自然晾干或低溫烘干水分；(2)將經步驟(1)處理的原料在氮氣保護、750～850℃條件下無氧煅燒4～8h，得煅燒材料；(3)將步驟(2)所得煅燒材料研磨均勻后，在55～65℃下用3～5mol/L的硝酸浸泡6～10h，得硝酸改性材料；(4)用蒸餾水洗滌步驟(3)所得硝酸改性材料，自然晾干，即得。4.根據權利要求1或2所述的組合材料，其特征在于，所述硝酸改性人工合成炭材料以廢棄的工業糖漿和/或主要成分為碳水化合物的工業廢棄物為原料，經無氧煅燒以及硝酸改性而得；優選地，所述硝酸改性人工合成炭材料為GTNC，采用如下方法制備而成：(1)將九水合硝酸鋁、一水合檸檬酸、工業糖漿和磷酸依次緩慢加入水中，充分混合后調節pH至4.5～5.5，在85～95℃水浴加熱過夜，得黑色固體；(2)將步驟(1)所得黑色固體在氮氣保護、750～850℃條件下無氧煅燒4～8h，得煅燒材料；(3)將步驟(2)所得煅燒材料研磨均勻后，在55～65...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉娜，丁隆真，張朋朋，高松，呂春欣，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林,22