一種TiO₂和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物的方法

專利名稱：一種TiO₂和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多環(huán)芳烴污染土壤的光催化降解，具體地說是一種Ti02和 紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物的方法。
多環(huán)芳烴化合物(PAHs)是環(huán)境中普遍存在的一類有機污染物。其來 源有兩個方面天然源和人為源。天然源主要是森林和草原大火、火山噴 發(fā)、植物和微生物的合成，其中高等植物和微生物的合成、火山活動是產 生PAHs背景值的主要因子；人為源來自工業(yè)生產和加工(如焦碳、碳黑和 煤焦油的生產、原油及其衍生物的精煉和分餾等)，以及有機物的不完全燃 燒等過程。在人為源中，人為的燃料燃燒是工業(yè)發(fā)達國家和城巿地區(qū)PAHs 的主要貢獻因子，暴露的PAHs給生活在世界發(fā)達地區(qū)的人們帶來了巨大的 健康危害。作為環(huán)境污染物的PAHs之所以受到人們的關注，首先是因為有 些PAHs的致癌、致畸和致突變，其次是由于PAHs穩(wěn)定、難于降解，在環(huán) 境中呈不斷增加的趨勢。釆用經濟效益和環(huán)境效益合理的修復技術治理 PAHs污染，越來越多地受到人們的重視。
目前，關于PAHs污染修復技術包括生物修復、物理修復和化學修復。 PAHs的生物修復在國內外有很多研究，生物修復有很多優(yōu)點，同時也存在 一些不足，如周期長，條件較難控制等；采用加熱和淋洗等物理方法去除, 費用高，處理不徹底。近年來，紫外光照射與半導體Ti02聯(lián)合作用的光催 化過程已被許多研究成果證明是行之有效和非常有益的降解處理污染物的 一門新技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種速度快、效率高、易于操作、不產生二次 污染的Ti02和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用的技術方案為將污染土壤與納米Ti02 的混合物于器皿中鋪平，置于紫外光照箱中進行光照降解，納米Ti02的加 入量按重量百分比計為0.2%-5%,光照箱中的光照條件紫外光照波長為 210-365 nm,樣品距光源5-20cin,光照強度為500-10000 |a w/cm2,溫度為 20-38°C,通風控制箱中濕度為30-50%,光照時間2-14天。
所述Ti02的加入量按重量百分比計為0.5%-4%，所述紫外光照波長為 254-295 nm,樣品距光源5-15cm，光照強度為1000-3000 y w/cm2,溫度為 28-32。C，通風控制箱中濕度為35-40%，光照時間8-12天。
所述紫外光照箱選用的紫外光照主波長為254 mn、 310 rnn或365腿。 所述納米Ti02為銳鈦型，表面積為50m、—'，平均直徑為15-20 nm。所述
多環(huán)芳烴為苯并芘、芘或菲。所述污染土壤中多環(huán)芳烴為10 — 200mg/kg。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1. 去除污染物的速度快、效率高。多環(huán)芳烴是一類持久性有機物質在 自然界完全礦化的時間通常為數(shù)百天到數(shù)十年，植物完全修復的時同為200 天以上。本發(fā)明可用于苯并芘、芘和菲等多環(huán)芳烴污染的土壤。在沒有添 加Ti02的情況下，多環(huán)芳烴的光降解需要35 - 50天。當土壤中苯并芘、芘 和菲的含量為40 mg/kg，經過8天光照處理后，苯并芘在四種不同Ti02添 加濃度條件(O. 5%, 1%, 2%和3%)的降解率分別為93. 06%、 96. 28%、 98. 31% 和94. 02%;經過12天光照處理后，芘在四種不同Ti02添加濃度條件(0. 5 %, 1%, 2%和3%)的降解率分別為94. 29%、 91.03%、 90. 48%和84. 72%; 經過10天光照處理后，菲在四種不同Ti02添加濃度條件(0. 5%， 1%, 2% 和3%)的降解率分別為96.06%、 97.92%、 98. 74%和95.84°/。。添加少量的 Ti02的大大加快了多環(huán)芳烴的光降解。
2. 易于操作。本發(fā)明使污染土壤的處理簡單，成本低廉。只需將污染 土壤進行風干，篩分的簡單處理，將少量的Ti02與污染土壤進行機械混合, 然后將混合土壤鋪于平面的裝置放在紫外光源下照射即可。
3. 不產生二次污染。本發(fā)明屬于光化學降解，它往污染土壤中添加的 少量半導體，是土壤中本身具有的物質，對土壤不會產生毒害作用，因而 不會造成二次污染，是一種環(huán)境友好型處理污染土壤的方法。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明。 實施例1
土樣在室內風干，磨碎，過lmm篩，間歇式高壓蒸汽滅菌2次(每次 半小時，12rC),加入多環(huán)芳烴后，風干備用。
多環(huán)芳烴污染土壤的制備將上述滅菌的土樣中按重量體積比l: l比 例加入多環(huán)芳烴的甲醇溶液(l克土 lml多環(huán)芳烴的甲醇溶液)，每1000ml 多環(huán)芳烴的甲醇溶液中分別含有10mg的苯并芘、芘或菲，置于通風廚24h, 污染土壤中多環(huán)芳烴的濃度為10mg/kg。
多環(huán)芳烴甲醇溶液的配制準確稱取O. 01克苯并芘、芘和菲，分別用 甲醇定容至1000ml。
納米Ti02為銳鈦型，表面積50 m2 g-平均直徑20 mn。
將Ti02與多環(huán)芳烴污染土壤進行混合，機械攪拌至均勾。Ti02的加入 量與污染土壤重量比為0.5%。
稱取Sg上述土樣置于^m直徑的皮氏培養(yǎng)皿中，鋪平，置于光照箱中 進行降解。在光照箱中照射8-12天，將土壤放入100ml離心管中，加入 "ml的二氯甲烷，超聲水洛2小時，5000rmp離心5min，過柱，測定混合 液中的多環(huán)芳烴的合量。
光照箱中的光照條件紫外光照主波長為254 nm,樣品距光源15cm，
光照強度為1071 pw/cm2，溫度為30土rC，濕度為35%±2%。
處理效果經過8天的照射后苯并芘的降解率達到93. 06%，經過12天
的照射后芘的降解率達到94.29%,經過10天的照射后菲的降解率達到
96. 06%。
實施例2
土樣在室內風干，磨碎，過lmm篩，然后間歇式高壓蒸汽滅菌2次(每 次半小時，12rc),加入多環(huán)芳烴后，風干備用。
多環(huán)芳烴污染土壤的制備將上述滅菌的土樣中按重量體積比1: l比 例加入多環(huán)芳烴的甲醇溶液(l克土 lml多環(huán)芳烴的甲醇溶液)，每1000ml 多環(huán)芳烴的甲醇溶液中分別含有40mg的苯并芘、芘或菲，置于通風廚24h， 污染土壤中多環(huán)芳烴的濃度為40mg/kg。
多環(huán)芳經甲醇溶液的配制準確稱取O. 04克苯并芘、芘和菲，分別用 甲醇定容至1000ml。
納米Ti02為銳鈦型，表面積50 m2 g—'，平均直徑20 mn。
將Ti02與多環(huán)芳烴污染土壤按重量比1%進行混合，機械攪拌至均勻。
稱取5g上述土樣置于9cm直徑的皮氏培養(yǎng)皿中，鋪平，置于光照箱中 進行降解。在光照箱中照射8-12天，將土壤放入100ml離心管中，加入 25ml的二氯甲烷，超聲水洛2小時，5000rmp離心5min,過柱，測定混合 液中的多環(huán)芳烴的含量。
光照箱中的光照條件紫外光照主波長為254 nm,樣品距光源5cm, 光照強度為680jiw/cffl2，溫度為30土rC，濕度為45%±2%。
處理效果經過2天和8天的照射后苯并芘的降解率達到26. 17%和 96.28%,經過2天和12天的照射后芘的降解率達到16. 82%和91. 03%，經 過2天和10天的照射后菲的降解率達到20. 61%和97. 92%。
實施例3
土樣在室內風干，磨碎，過lmm篩，然后間歇式高壓蒸汽滅菌2次(每
次半小時，12rc)，加入多環(huán)芳烴后，風干備用。
多環(huán)芳烴污染土壤的制備將上述滅菌的土樣中按l: 1比例(l克土:
lml多環(huán)芳烴的甲醇溶液)，分別加入40mg/1000ml的苯并芘、芘和菲，置
于通風廚24h，污染土壤中多環(huán)芳烴的濃度為40mg/kg。
多環(huán)芳烴甲醇溶液的配制準確稱取O. 04克苯并芘、芘和菲，分別用
甲醇定容至1000ml。
納米Ti02為銳鈦型，表面積50 m2 g-'，平均直徑15 nm。 將Ti02與多環(huán)芳烴污染土壤按重量比2%進行混合，機械攪拌至均句。 稱取Sg上述土樣置于化m直徑的皮氏培養(yǎng)皿中，鋪平，置于光照箱中
進行降解。在光照箱中照射8-12天，將土壤放入100ml離心管中，加入
25ml的二氯甲烷，超聲水洛2小時，5000rmp離心5min,過柱，測定混合
液中的多環(huán)芳烴的含量。光照箱中的光照條件紫外光照主波長為365 nm,樣品距光源20cm, 光照強度為"80jaw/cm2，溫度為20土rC,濕度為30%±2%。
處理效果經過8天的照射后苯并芘的降解率達到98. 31%，經過12天 的照射后芘的降解率達到90. 48%，經過10天的照射后菲的降解率達到 98. 74%。
實施例4
土樣在室內風干，磨碎，過lmm篩，然后間歇式高壓蒸汽滅菌2次(每 次半小時，urc),加入多環(huán)芳烴后，風干備用。
多環(huán)芳烴污染土壤的制備將上述滅菌的土樣中按重量體積比l: l比 例加入多環(huán)芳烴的甲醇溶液(l克土 lml多環(huán)芳烴的甲醇溶液)，每1000ml 多環(huán)芳烴的甲醇溶液中分別含有200mg的苯并芘、芘或菲，置于通風廚24h, 污染土壤中多環(huán)芳烴的濃度為200mg/kg。
多環(huán)芳烴甲醇溶液的配制準確稱取0.2克苯并芘、芘和菲，分別用 甲醇定容至1000ml。
納米Ti02為銳鈦型，表面積50 m2 g"，平均直徑20 nm。
將Ti02與多環(huán)芳烴污染土壤按重量比3%進行混合，機械攪拌至均勻。
稱取5g上述土樣置于9cm直徑的皮氏培養(yǎng)皿中，鋪平，置于光照箱中 進行降解。在光照箱中照射8-12天，將土壤放入100ml離心管中，加入 25ml的二氯甲烷，超聲水洛2小時，5000rmp離心5min,過柱，測定混合 液中的多環(huán)芳烴的含量。
光照箱中的光照條件紫外光照主波長為310 nm，樣品距光源15cm, 光照強度為3000jaw/cm2，溫度為35土rC,濕度為45%±2%。
處理效果經過8天的照射后苯并芘的降解率達到94. 02%，經過12天 的照射后芘的降解率達到84.72%,經過10天的照射后菲的降解率達到 95. 84%。
權利要求
1.一種TiO2和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物的方法，其特征在于將污染土壤與納米TiO2的混合物于器皿中鋪平，置于紫外光照箱中進行光照降解，納米TiO2的加入量與污染土壤重量比為0.2％-5％，光照箱中的光照條件紫外光照波長為210-365nm，樣品距光源5-20cm，光照強度為500-10000μw/cm2，溫度為20-38℃，通風控制箱中濕度為30-50％，光照時間2-14天。
2. 按照權利要求1所述Ti02和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物 的方法，其特征在于Ti02的加入量與污染土壤重量比為0.5%-4%,所述 紫外光照波長為254-295 nm，樣品距光源5-15cm,光照強度為1000-3000 yw/cm2,溫度為28-32°C，通風控制箱中濕度為35-40%，光照時間8-12天。
3. 按照權利要求1所述Ti02和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物 的方法，其特征在于所述紫外光照箱選用的紫外光照主波長為254 nm、 310 nm或365 nm。
4. 按照權利要求1所述Ti02和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物 的方法，其特征在于所述納米Ti02為銳鈦型，表面積為50 m2 g-'，平均 直徑為15-20 nm。
5. 按照權利要求1所述Ti02和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物 的方法，其特征在于所述多環(huán)芳烴為苯并芘、芘或菲。
6. 按照權利要求1所述Ti02和紫外光聯(lián)合降解土壤中多環(huán)芳烴化合物 的方法，其特征在于所述污染土壤中多環(huán)芳烴為10—200mg/kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及多環(huán)芳烴污染土壤的降解，具體地說是一種多環(huán)芳烴污染土壤的紫外納米TiO₂催化降解方法，將污染土壤與納米TiO₂的混合物于器皿中鋪平，納米TiO₂的加入量與污染土壤重量比為0.2％-5％，置于紫外光照箱中進行光照降解，光照箱中的光照條件紫外光照波長為210-365nm，樣品距光源5-20cm，光照強度為500-10000μw/cm²，溫度為25-35℃，通風控制箱中濕度為30-50％，光照時間2-14天。本發(fā)明優(yōu)點為去除污染物的速度快、效率高、易于操作、不產生二次污染。
文檔編號B09C1/00GK101176880SQ200610134208
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權日2006年11月8日
發(fā)明者鞏宗強, 張利紅, 李培軍, 李雪梅, 樂 鄭 申請人:中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所