一种有机物-重金属复合污染土壤的微波催化修复方法技术

本发明专利技术属于土壤治理相关的技术领域，更具体地，涉及一种有机物‑重金属复合污染土壤的微波催化修复方法，包括：向去离子水中加入镁盐，铁盐和碱溶液并执行混合和搅拌；将该悬浊液在微波炉中辐照；将反应后的浊液抽滤分离出沉淀物，并洗涤干燥；通过煅烧后，冷却研磨获得微波催化剂；将微波催化剂与污染土壤混合；将其置于微波反应器中通入氧气或空气进行微波反应；同时收集反应中产生的气体，由此完成所需的污染土壤的修复。通过本发明专利技术，能够以利于环保、便于质量控制及高效率的方式来修复污染土壤，且通过微波催化剂吸附其中的重金属离子和降解有机物，同时通过废气收集避免了二次污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土壤治理相关的
，更具体地，涉及一种有机物-重金属复合污染土壤的微波催化修复方法。
技术介绍
近年来，随着我国产业布局的调整以及城市建设企业搬迁，大量的工业场地如化工厂、电镀、金属冶炼厂、钢铁厂等废弃、搬迁或用于商业开发等，遗留了大量高浓度有机物和重金属的重污染场地。2014年我国公布的《全国污染状况调查公报》中显示，调查的工业废弃地中高达34.9％点位的重金属和有机物污染超标。相对于大气、水污染，土壤污染是三相共同作用结果，具有累积性，复杂性和潜伏性等特点。目前，有关避免场地污染危害人居安全和周边生态安全，以及场地转型和二次开发，成为亟需解决的土壤环境问题。对有机物和重金属污染的土壤修复方法主要包括物理法、化学法和生物法，其中，在污染场地修复中应用较多的技术有固定/稳定化技术、化学淋洗技术、电动力学技术和热处理技术。固定/稳定化技术主要针对无机污染物，一般不适于处理有机污染物，且处理后土壤体积增大；化学淋洗技术能彻底修复污染土壤，但不适于粘性高和有机质含量高的土壤，且存在淋洗液后处理问题；电动力学技术操作简单，但处理时间较长，电解液电解后会引起土壤pH的变化，影响土壤生态。采用微波技术对受污染土壤进行修复，微波方式对污染土壤处理是通过偶性分子旋转和离子传导两种机理实现的，通过离子迁移和极性分子的旋转使分子运动，但不引起分子内部结构的改变，从而达到使污染物与土壤分离的目的。但土壤的吸波能力差，单纯的微波方式对污染土壤修复效果也存在一定的不理想状况。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种有机物-重金属复合污染土壤的修复方法，其目的在于，解决现有微波修复土壤方法中，微波利用效率低，以及难以催化降解有机污染物和稳定化重金属的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种有机-重金属复合污染土壤的微波催化修复方法，其特征在于，该修复方法包括下列步骤：步骤(a)：微波催化剂的制备(a1)向去离子水中加入镁盐和铁盐，并使得镁盐和铁盐的摩尔比设定为：1～3:1～6，然后继续加入碱溶液并充分搅拌，直至生成的沉淀物均匀散布在所获得的悬浊液中，且该悬浊液的pH值达到8～13为止；(a2)将所述悬浊液置于微波炉中同时执行辐照，其中微波炉的功率设定为200W～900W，频率设定为900MHz～3000MHz，辐照时间设定为2min～30min，由此制得镁铁氧体浊液；(a3)将所制得的镁铁氧体浊液抽滤分离出沉淀物，将该沉淀物用去离子水洗涤后再执行干燥；然后将处理后的该沉淀物煅烧，并冷却研磨过筛，由此制得所需的微波催化剂；步骤(b)：微波催化剂与污染土壤的反应(b1)将所述微波催化剂与作为待处理对象的有机物-重金属复合污染土壤予以混合，其中微波催化剂的质量分数设定为5％～30％；(b2)向所制得的混合物中通入空气或氧气，并执行微波反应，反应后气体进行回收，其中微波反应功率设定为200W～1100W，频率设定为500MHz～50GHz，反应时间设定为2min～20min，由此完成所需污染土壤的修复。作为进一步优选地，在步骤(a2)中，所述微波炉的功率进一步设定为200W～500W，频率设定为1000MHz～2000MHz，辐照时间设定为10min～20min。作为进一步优选地，在步骤(a3)中，所述煅烧温度设定为400℃～1000℃，煅烧时间设定为1h～5h，所述研磨后粒径小于0.15mm。作为进一步优选地，在步骤(b2)中，所述微波反应功率进一步设定为600W～900W，频率设定为2GHz～20GHz，反应时间设定为2min～15min。作为进一步优选地，在步骤(b2)中，所述反应后气体的收集是将反应后的气体导出，并利用有机和无机溶液进行吸收。作为进一步优选地，所述有机物-重金属复合污染土壤中的有机物是以下物质中的一种或组合：硝基酚、六氯苯、多氯联苯、氯丹、灭蚁灵和滴滴涕。作为进一步优选地，所述有机物-重金属复合污染土壤中的重金属是以下物质中的一种或组合：镉、铅、铬、铜、镍和锌。作为进一步优选地，在步骤(a1)中，所述镁盐是以下物质中的一种或组合：氯化镁、硫酸镁和硝酸镁；所述铁盐是以下物质中的一种或组合：氯化铁、硫酸铁和硝酸铁；所述碱溶液是以下物质中的一种或组合：氢氧化钠、氢氧化钾和氨水。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要能够取得以下的有益效果：1、本专利技术提供的修复方法分为微波催化剂的制备和污染土壤的修复两个步骤，采用两次微波反应，最终简化了整个修复方法，高效率，高质量地完成了整个修复过程，并且整个修复过程便于操作和质量控制；2、本专利技术中的修复方法中包含微波加热和微波氧化两个过程，不是单纯的微波方式，通过微波催化剂的制备后，生成的镁铁氧体是一种强微波吸收剂，镁铁氧体快速吸收，加速土壤温度的迅速升高和有机物的解吸，同时，微波催化剂在微波场下与土壤水和氧气的共同作用，表面产生大量羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)，这两种具有强氧化性的活性物种，从而达到降解土壤中有机物的效果；3、另外，本专利技术中微波催化剂制备中产生的镁铁氧体具有单相，更高的磁滞现象、大比表面积和多孔结构，使其具有更高的催化活性。单向晶体具有立方结构，带有大量的晶格缺陷，即有大量空缺吸附电位，这些吸附电位可吸附重金属离子，从而降低重金属的活性和迁移性，达到治理重金属污染的目的；4、本专利技术中在微波反应设备中有废气收集装置，能分别对修复过程中产生的有机气体和无机气体进行吸收，不会产生大量的废气造成二次污染，同时修复后的土壤可返回生态环境中进行继续利用，有效的起到了保护环境的作用；5、本专利技术中的修复方法只需将污染土壤经过简单预处理，然后对其进行微波辐照反应，整个过程耗时短，其既能处理有机污染物，也能处理土壤中的重金属，且修复后不会引起土壤pH的变化，所使用微波催化剂安全环保，没有二次污染，无需后处理。附图说明图1是按照本专利技术的有机物-重金属复合土壤污染物修复方法的整体工艺流程图；图2是按照本专利技术的优选实施例中所使用的微波反应装置的结构示意图；图3是本专利技术所制备镁铁氧体催化氧化土壤中有机污染物的降解机理图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-进气管 2-石英管 3-微波反应器 4-有机气体收集锥形瓶 5-无机气体收集锥形瓶具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的有机物-重金属复合土壤污染物修复方法的整体工艺流程图，图2是按照本专利技术的优选实施例中所使用的微波反应装置的结构示意图，步骤(b)均在该微波反应装置中发生。图3是本专利技术所制备镁铁氧体催化氧化土壤中有机污染物的降解机理图。热解吸过程是指镁铁氧体利用本身很强的微波吸收能力，将微波能转化为热能，从而使土壤温度快速升高，在水的参与下，使得土壤中有机污染物解吸出来；催化氧化是指随着温度的上升镁铁氧体表面有大量“热点”产生，在通空气或氧气条件下，与土壤水共同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机‑重金属复合污染土壤的微波催化修复方法，其特征在于，该修复方法包括下列步骤：步骤(a)：微波催化剂的制备(a1)向去离子水中加入镁盐和铁盐，并使得镁盐和铁盐的摩尔比设定为：1～3:1～6，然后继续加入碱溶液并充分搅拌，直至生成的沉淀物均匀散布在所获得的悬浊液中，且该悬浊液的pH值达到8～13为止；(a2)将所述悬浊液置于微波炉中同时执行辐照，其中微波炉的功率设定为200W～900W，频率设定为900MHz～3000MHz，辐照时间设定为2min～30min，由此制得镁铁氧体浊液；(a3)将所制得的镁铁氧体浊液抽滤分离出沉淀物，将该沉淀物用去离子水洗涤后再执行干燥；然后将处理后的该沉淀物煅烧，并冷却研磨过筛，由此制得所需的微波催化剂；步骤(b)：微波催化剂与污染土壤的反应(b1)将所述微波催化剂与作为待处理对象的有机物‑重金属复合污染土壤予以混合，其中微波催化剂的质量分数设定为5％～30％；(b2)向所制得的混合物中通入空气或氧气，并执行微波反应，反应后气体进行回收，其中微波反应功率设定为200W～1100W，频率设定为500MHz～50GHz，反应时间设定为2min～20min，由此完成所需污染土壤的修复。...

【技术特征摘要】
1.一种有机-重金属复合污染土壤的微波催化修复方法，其特征在于，该修复方法包括下列步骤：步骤(a)：微波催化剂的制备(a1)向去离子水中加入镁盐和铁盐，并使得镁盐和铁盐的摩尔比设定为：1～3:1～6，然后继续加入碱溶液并充分搅拌，直至生成的沉淀物均匀散布在所获得的悬浊液中，且该悬浊液的pH值达到8～13为止；(a2)将所述悬浊液置于微波炉中同时执行辐照，其中微波炉的功率设定为200W～900W，频率设定为900MHz～3000MHz，辐照时间设定为2min～30min，由此制得镁铁氧体浊液；(a3)将所制得的镁铁氧体浊液抽滤分离出沉淀物，将该沉淀物用去离子水洗涤后再执行干燥；然后将处理后的该沉淀物煅烧，并冷却研磨过筛，由此制得所需的微波催化剂；步骤(b)：微波催化剂与污染土壤的反应(b1)将所述微波催化剂与作为待处理对象的有机物-重金属复合污染土壤予以混合，其中微波催化剂的质量分数设定为5％～30％；(b2)向所制得的混合物中通入空气或氧气，并执行微波反应，反应后气体进行回收，其中微波反应功率设定为200W～1100W，频率设定为500MHz～50GHz，反应时间设定为2min～20min，由此完成所需污染土壤的修复。2.如权利要求1所述的修复方法，其特征在于，在步骤(a2)中，所述微波炉的功率进一步设定为200W～500W，频...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈静，王琳玲，李鸿博，任立明，叶勇，明晓贺，呼红霞，王棣，潘红，
申请(专利权)人：华中科技大学，北京金隅红树林环保技术有限责任公司，北京生态岛科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42