一种利用芬顿氧化去除生物炭中USEPA PAHs的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用芬顿氧化试剂去除生物炭中USEPA PAHs的方法，属于环境工程技术领域。本发明专利技术所述方法是将生物炭与芬顿试剂按照1(g):20(ml)比例混合后，避光振荡24h，即可去除生物炭中USEPA PAHs。该方法能够有效的去除生物炭中USEPA PAHs，降低生物炭还田风险，减小生物炭中PAHs对环境和人类健康危害，去除率高达96％以上，具有环保、高效的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法
本专利技术涉及环境保护和环保生物炭制备
，具体涉及一种利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法。
技术介绍
生物炭是指生物质在厌氧或限氧的条件下，在一定温度下制备的一种高度炭化含芳香环的有机炭化固体物。研究表明，生物炭农用不但可以提高作物产量，减少温室气体排放，同时还可作为肥料缓释载体及二氧化碳封存剂。然而，由于生物炭制备过程中处于氧气供应不足或厌氧的环境中，生物炭烧制过程中生物质的不完全燃烧不可避免产生多环芳烃。研究表明生物炭中含有大量的PAHs，其含量分别为22μg/g(草炭)和5.9μg/g(木炭)(KeiluweitMetal,Environ.Sci.Technol,46(17),9333)；FreddoA(2012)研究表明，红木、水稻秸秆、竹子经厌氧烧制后得到生物炭中PAHs含量为0.08mg/kg-8.7mg/kg(Environ.Pollut,2012,171(4):18-24)。由于多环芳烃进入环境后很难被降解，属于环境的持久性有机污染。生物炭目前被广泛作为土壤改良剂施入农田中，生物炭中PAHs经过一定的土壤化学物理过程，生物炭PAHs可能会转移至土壤中，M等(2016)研究表明，与不施用生物炭相比，当生物炭添加量为30和45吨每公顷时，土壤中的PAHs含量分别增加了0.287mg/kg和1.071mg/kg(Chemosphere,2016,146:272-279)。土壤中的PAHs可通过植物根系吸收进入农作物中，造成植物中PAHs积累，KhanA等(2015)研究表明，以生物炭为介质种植生菜，与不添加生物炭相比，生菜中PAHs含量最高可增加77.8ng/g(JAgricFoodChem,2015,63(5):1648-57)。经检索发现，现有技术中，控制和去除生物炭制备过程中多环芳烃产生的方法(201510217733.5)，利用有机废弃物制备生物炭，然后将生物炭与具有PAHs降解效能的功能菌混合。但该技术并未指出其对生物炭中PAHs的去除效果，且制备生物炭pH较高，对微生物生长具有一定的抑制作用，降低对生物炭中的PAHs去除效果。
技术实现思路
本专利技术旨在填补利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法应用的空白，目的是提供一种利用芬顿试剂的氧化作用，将生物炭中PAHs氧化降解，该技术可用于环保生物炭的生产，保障生物炭还田后农产品的安全性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法，包括以下步骤：步骤一、将植物残余废弃物风干、粉碎，得到的植物残余粉碎物放入坩埚中用锡箔纸密封，然后放入马弗炉中厌氧条件下炭化、冷却研磨、过筛得到植物残余生物炭；步骤二、将生物炭与芬顿试剂按照1g:20ml的比例混合后移入50ml锥形瓶中，避光振荡24h；步骤三、离心去除上清液，将固形物用水振荡15min，调整生物炭pH至中性，重复此步骤5次；步骤四、将剩余固形物晾干后，即获得去除了USEPAPAHs的生物炭。进一步地，在上述方案中，所述植物残余物为水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆中的任意一种或几种的混合物。进一步地，在上述方案中，待坩埚放入马弗炉后，将马弗炉温度快速升至600℃，厌氧热解4h，关闭电源，待马弗炉温度降至室温，取出坩埚得到植物残余生物炭。进一步地，在上述方案中，所述生物炭为过100目筛后的生物炭。进一步地，在上述方案中，所述芬顿氧化剂由10％柠檬酸溶液、1mol/L硫酸亚铁、质量浓度为30％过氧化氢组成，其中，Fe(II):H2O2(mol:mol)为1:10～1:30，以上三种试剂作为清洗剂在清洗完成后可直接排放进入环境中，对土壤及地下水体无污染。更进一步地，所述的柠檬酸、硫酸亚铁及过氧化氢均为分析纯。优选地，步骤二中所述的振荡条件为：避光，温度为25℃，振荡时间为24h，振荡速度为200r/min。优选地，步骤三中所述芬顿氧化后生物炭清洗所用水的温度为45℃，振荡速度为100r/min。优选地，步骤四中所述固形物晾干为自然风干。本专利技术还提供了一种利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的应用，所述应用是指同时去除或降低生物炭中9种及以上PAHs含量。本专利技术所述USEPAPAHs为萘，苊烯，苊，芴，菲，蒽，荧蒽，芘，苯并[a]蒽，苯并[b]荧蒽，苯并[k]荧蒽，苯并[a]芘，二苯并[a,h]蒽，苯并[ghi]苝和茚并[1,2,3-cd]芘。有益效果与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术通过化学氧化的方式将生物炭中PAHs氧化去除，能够有效地去除生物炭中萘，苊烯，苊，芴，菲，蒽，荧蒽，芘，苯并[a]蒽，苯并[b]荧蒽，苯并[k]荧蒽，苯并[a]芘，二苯并[a,h]蒽，苯并[ghi]苝和茚并[1,2,3-cd]芘，且PAHs去除率高，该技术具有高效、环保、易操作的特性。本专利技术所用的芬顿氧化试剂，能够去除生物炭中PAHs，保障生物炭在农业生产中安全应用，实现了生物炭无害化处理，同时降低了处理液对土壤环境和水体的影响降低生物炭施用农田的危害，减低农产品中PAHs累积，有利于保障了农业生产安全和人类健康。附图说明图1：不同处理下生物炭中PAHs去除率，A-F分别代表实施例1-6。图2：各处理生物炭中不同环数PAHs去除率，a-f分别代表实施例1-6。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此：1.生物炭的制备：将水稻秸秆风干、粉碎，得到的水稻秸秆粉碎物放入坩埚中用锡箔纸密封，然后放入马弗炉中，将马弗炉温度快速升至600℃，厌氧热解4h，关闭电源，待马弗炉温度降至室温，研磨、过100目筛得到植物残余生物炭。2.生物炭PAHs含量的测定：取上述制备好的生物炭样品于20mL玻璃离心管中，加入10mL二氯甲烷，盖紧后于超声水浴中超声萃取60min，以4000r·min-1离心10min，取3mL上清液过层析柱(上层2g无水硫酸钠，下层2g硅胶)净化并用11mL1:1的二氯甲烷和正己烷溶液洗脱；过柱后萃取液和洗脱液收集至旋转蒸发瓶，40℃恒温下浓缩至干，用甲醇润洗定容到2mL，过0.22μm孔径有机相滤膜后HPLC/UV-FLD分析。HPLC/UV-FLD分析条件：色谱柱为Ф4.6×250mmInertsilODS-PAHs专用反相色谱柱，流动相为甲醇-水，采用梯度淋洗和紫外、荧光检测器串联的方法分离PAHs。紫外和荧光检测均采用波长切换，并且紫外检测器开启双波长检测模式。流动相流速为1.0mL/min，柱温40℃，进样量为20μL。3.具体实施案例实例1～6，将生物炭按照上述处理方法进行处理，其中，芬顿试剂配比采用表1中的参数，处理时间为24h，清洗干燥后进行PAHs检测。总PAHs去除率采用以下公式进行计算：表1经实施例1-6处理后生物炭中PAHs去除率的影响测试结果如图1所示。本实施例所采用的生物炭为水稻秸秆生物炭，其PAHs总量为7.30mg/kg，经实施例1-6处理后，生物炭中PAHs去除率可高达80％以上，其中实施例4效果最佳，处理后24h后其PAHs残留量为0.23mg/kg，PAHs总去除率高达96％(图1)，此外，利用芬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用芬顿氧化去除生物炭中USEPA PAHs的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将植物残余废弃物风干、粉碎，得到的植物残余粉碎物放入坩埚中用锡箔纸密封，然后放入马弗炉中厌氧条件下炭化、冷却研磨、过筛得到植物残余生物炭；步骤二、将生物炭与芬顿试剂按照1g:20ml的比例混合后移入50ml锥形瓶中，避光振荡24h；步骤三、离心去除上清液，将固形物用水振荡15min，调整生物炭pH至中性，重复此步骤5次；步骤四、将剩余固形物晾干后，即获得去除了USEPA PAHs的生物炭。

【技术特征摘要】
1.一种利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将植物残余废弃物风干、粉碎，得到的植物残余粉碎物放入坩埚中用锡箔纸密封，然后放入马弗炉中厌氧条件下炭化、冷却研磨、过筛得到植物残余生物炭；步骤二、将生物炭与芬顿试剂按照1g:20ml的比例混合后移入50ml锥形瓶中，避光振荡24h；步骤三、离心去除上清液，将固形物用水振荡15min，调整生物炭pH至中性，重复此步骤5次；步骤四、将剩余固形物晾干后，即获得去除了USEPAPAHs的生物炭。2.根据权利要求1所述的利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法，其特征在于：所述植物残余物为水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆中的任意一种或几种的混合物。3.根据权利要求1所述的利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法，其特征在于：待坩埚放入马弗炉后，将马弗炉温度快速升至600℃，厌氧热解4h，关闭电源，待马弗炉温度降至室温，取出坩埚得到植物残余生物炭。4.根据权利要求1所述的利用芬顿氧化去除生物炭中USEPAPAHs的方法，其特征在于：所述生物炭为过100目筛后的生物炭。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦征，王建，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32