專利名稱：微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有機污染物處理技術，尤其涉及一種微波輔助堿催化分解處理持久性 有機污染物的方法。
背景技術：
持久性有機污染物(Persistent Organic Pollutants,簡稱"POPs")， 如廢棄的 有機氯農藥(OCPs)、變壓器油中的多氯聯(lián)苯(PCBs)、變壓器填埋點附近土壤中的PCBs、高 爐/生活垃圾/醫(yī)療垃圾焚燒飛灰以及氯堿工業(yè)鹽泥中的二噁英(PCDD/Fs)等，是可能對環(huán)境 和人體健康造成嚴重危害的一類化合物，它們的特性主要有毒性(可能引起生殖障礙、 性別異常、激素失調、免疫系統(tǒng)受損、行為異常、癌癥及生育畸形)、難降解性(在環(huán)境 中的降解十分緩慢)、流動性(可以通過空氣和水進行長距離的遷移并沉積在遠離其排放 地點的地區(qū))、生物累積性(能在動物的脂肪組織中累積)和生物富集性(通過食物鏈， 它們能被高等動物富集到較高的濃度)。即使在很低的暴露程度時，POPs對人體與動物都 是有害的。而且，通過動物遷徙和大氣環(huán)流等途徑，POPs污染已經成為全球性環(huán)境問題。
現有技術中，堿催化分解工藝(BCD)可被用于修復氯代有機化合物(尤其是PCBs和 PCDD/Fs)污染的土壤和沉積物。在使用BCD工藝進行處理的過程中，首先將污染的土壤粉 碎、過篩，并與碳酸氫鈉混合，在旋轉反應器中加熱至200 400'C，使氯代有機物部分分 解并揮發(fā)。揮發(fā)的污染物被收集、濃縮，在一連續(xù)攪拌反應器中在NaOH、氫供體(如6ft燃 料油)和催化劑(如活性炭、石墨、鐵粉等)存在條件下進行處理，在32(TC左右持續(xù)攪拌 并加熱1 8小時。
BCD工藝曾被用于處理PCBs濃度高達45000mg/kg的污染土壤，PCBs各同系物的濃度均 被降低至小于2mg/kg。
上述現有技術至少存在以下缺點
在BCD工藝中，第二階段是關鍵的部分，但在這個階段存在反應時間長、能耗高的問題
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種反應時間短、能耗低的微波輔助堿催化分解處理持久性有機 污染物的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的
本發(fā)明的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，包括堿催化分解工藝， 在所述堿催化分解工藝中，對反應物進行微波輻射。
由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明所述的微波輔助堿催化分解處理持久 性有機污染物的方法，由于在堿催化分解工藝中，對反應物進行微波輻射，可以在反應過 程中通過微波對催化劑的作用加快反應進行，反應時間短、能耗低。
具體實施例方式
本發(fā)明的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其較佳的具體實施方式
是，包括堿催化分解工藝，在堿催化分解工藝中，對反應物進行微波輻射。
反應物包括催化劑、堿、氫供體和待處理廢物等。其中的催化劑為微波吸收材料，在 催化反應進行的同時，吸收微波能以提高體系溫度。具體微波吸收材料包括以下一種或多 種材料銅粉、鐵粉、活性炭、炭載催化劑，或活性炭與其它載體的復合催化劑等。
具體包括步驟
將經過前處理步驟的待處理廢物與堿、催化劑混合進行反應，并在反應過程中啟動微 波輻射，反應過程中，持續(xù)通入100 1000ml/min流量的氮氣。微波頻率為2450麗z 915MHz。
所述的堿可以為堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、重碳酸鹽或氫氧化物等；堿的加入量可 以為待處理廢物重量的1%-20%。具體所需加入的堿量可以根據待處理廢物中POPs類物質的 濃度調節(jié)。
當待處理廢物中不含有氫離子時，可以在反應過程中加入氫供體化合物，并視情況加 入小分子碳水化合物以活化氫供體化合物，產生氫離子。氫供體化合物包括以下一種或多 種物質
次磷酸鈉、脂肪酸、脂肪醇、垸烴、胺類等。
本發(fā)明所處理的含有持久性有機污染物的廢物可以包括以下一種或多種 有機氯農藥、變壓器中的PCBs油、受到有機氯農藥或PCBs油污染的土壤和沉積物、含 有二噁英的垃圾焚燒飛灰和氯堿工業(yè)鹽泥等。
上述的前處理步驟可以包括
對于含有低濃度持久性有機污染物的廢物，先通過熱解吸等方式進行濃縮；對于固體 廢物，先進行破碎，使其顆粒均勻；對裝填PCBs油的廢變壓器或電容器，先將其破碎，并用溶劑提取其中的PCBs油。
本發(fā)明將微波輻射與BCD工藝相結合，在BCD工藝中引入微波輻射作為熱源以提高其處 理效率，利用微波與作為催化劑的微波吸收材料(如銅粉、鐵粉、活性炭、炭載催化劑或 活性炭與其他載體復合催化劑)的相互作用為堿催化反應提供能量，在堿和氫供體存在條 件下實現對所處理的廢物中POPs類物質的分解。
本發(fā)明可直接用于處理含有高濃度POPs的廢物，或先通過一定的前處理步驟(如熱解 吸)將廢物中低濃度的POPs濃縮，然后再用本發(fā)明進行處理。對于含有OCPs或PCBs土壤、 含有PCDD/Fs的飛灰以及生產或流通部門的OCPs廢物等固體廢物的處理，可以先將其中的大 塊破碎，去除磚頭、瓦塊和樹枝等雜物，使其顆粒均勻。對于裝填PCBs油的廢變壓器或電 容器，應先將其破碎，并用溶劑提取其中的PCBs油。
將經前處理的固體廢物或變壓器油等液體廢物與適當比例的堿、氫供體化合物、以及 催化劑混合并啟動微波加熱，根據所處理廢物的量和濃度及微波功率等參數確定處理時 間。反應過程持續(xù)通入100 1000ml/min流量的氮氣以防止發(fā)生火災，產生的蒸汽被冷凝、
收集并經活性炭柱吸附后放空。
所選用的微波頻率為2450MHz或915MHz等，小型反應器可用2450MHz，大型反應器可用 915MHz;
所用催化劑為既能催化脫氯反應又具有微波吸收能力的材料，包括活性炭、零價鐵 粉、銅粉、活性炭為載體的催化劑(如Pd/C催化劑)以及活性炭與其他材料(如氧化鋁) 為復合載體的催化劑；
所加入的堿為堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、重碳酸鹽或氫氧化物。堿可以水溶液的形 式加入，也可以固體顆粒的形式加入。以水溶液形式加入的堿可更好地與待處理廢物混 合。堿的加入量一般為待處理廢物重量的1%-20%。所需加入的堿量取決于待處理廢物中 POPs類物質的濃度；
在待處理廢物中不含有氫離子時，需加入氫供體化合物提供與POPs反應的氫離子，如 次磷酸鈉。氫供體化合物還包括高沸點的脂肪酸、脂肪醇、烷烴、胺類及其他類似化合 物。為活化這些化合物產生氫離子，有時需添加碳源，可考慮使用價廉易得的小分子碳水 化合物(如蔗糖)；
處理過程主要是脫氯，但脫氯會導致在某一階段低氯代的同系物濃度增加，即高氯代 的轉化成低氯代的。這對于像PCBs這樣的污染物沒什么問題，而對于PCDD/Fs來說，某些低 氯代的同系物可能具有更高的毒性(如2，3，7，8-四氯二苯并二噁英，TCDD)，因此需監(jiān)測 反應過程以保證完全脫氯。
本發(fā)明中，微波諧振腔可以為單模腔或多模腔；微波發(fā)生器的功率范圍從幾百瓦到幾 十千瓦，根據所處理廢物的量和濃度進行調節(jié)；
5反應器可以由石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等能夠透過微波并能耐受一定 溫度的材料制成，從加工和操作方便、反應器各處接受同等微波輻射等角度考慮，確定反 應器的形狀為圓筒形；
在反應器及微波發(fā)生器的外圍設置屏蔽罩，并連接地線，防止微波能泄漏； 微波處理過程中反應器內物料溫度的測定可以采用鎧裝K-型熱電偶和電子溫度指示 儀，也可以采用光纖溫度傳感器或紅外測溫儀。
具體實施例
微波輔助堿催化分解工藝處理模擬污染土壤中的PCBs:
選取2，4，5-三氯聯(lián)苯(PCB29)作為模型化合物，用正己垸配制PCB29的儲備液，加入到
一定量的未受到PCBs污染的土壤中，充分攪拌混合，在通風櫥中將溶劑揮發(fā)掉，得到PCB29
濃度為100mg/kg的土壤，在密閉容器中避光保存，老化一個月備用。
采用本發(fā)明中的微波輔助堿催化分解裝置，進行模擬PCBs污染土壤的處理，步驟是 第一步，反應物混合，取O. 5kg模擬污染土壤與100mL濃度為10mol/L的Na0H溶液、
100mL作為氫供體的正十六垸和50g作為催化劑及微波吸收材料的顆?；钚蕴砍浞只旌暇?br> 勻；
第二步，裝料，選用石英玻璃材質的反應器，石英反應器內徑5cm，高度30cm，將上 述混合物料裝入反應器；
第三步，啟動微波發(fā)生器，選用的微波頻率為2450MHz，功率為700W，輻照10min。在 微波輻照過程中采用K-型鎧裝熱電偶和電子溫度指示儀指示溫度，持續(xù)通入20(kl/mirr流量 的氮氣，防止反應物被點燃，處理過程產生的蒸汽通過冷凝系統(tǒng)、液體收集瓶和溶劑吸收 瓶，再經活性炭床吸附后排空；
第四步，處理效果檢測，對微波輻照堿催化分解工藝處理后的土壤按照標準的前處理 步驟進行處理，采用GC/ECD分析，土壤中殘留的PCB29濃度低于0.5mg/kg， GC/MS檢測未發(fā) 現脫氯產物，說明本發(fā)明的方法能夠對土壤中PCB29的脫氯產物進一歩地脫氯。
本發(fā)明中，由于微波加熱是內加熱，微波能直接作用于作為催化劑的微波吸收材料 上，大大縮短處理時間，節(jié)省能量，降低處理成本；微波頻率、諧振腔形式、堿的種類、 催化劑類型以及氫供體等關鍵要素有多種選擇，便于針對不同的廢物類型選擇合適的反應 參數；微波加熱便于控制，啟動微波，立即與反應器內待處理廢物及催化劑作用，進行脫 氯反應，關閉微波，反應馬上停止，無滯后效應。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都 應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，包括堿催化分解工藝，其特征在于，在所述堿催化分解工藝中，對反應物進行微波輻射。
2、 根據權利要求l所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征 在于，所述反應物包括催化劑，所述催化劑為微波吸收材料。
3、 根據權利要求2所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征 在于，所述微波吸收材料包括以下一種或多種材料銅粉、鐵粉、活性炭、炭載催化劑、炭與其他載體復合催化劑。
4、 根據權利要求l、 2或3所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征在于，包括步驟將經過前處理歩驟的待處理廢物與堿、催化劑混合進行反應，并在反應過程中啟動微波輻射，所述反應過程中，持續(xù)通入100 1000ml/min流量的氮氣。
5、 根據權利要求4所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征 在于，所述微波頻率為2450MHz 915MHz。
6、 根據權利要求4所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征 在于，所述的堿為堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、重碳酸鹽或氫氧化物；所述堿的加入量為 所述待處理廢物重量的1%_20%。
7、 根據權利要求4所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征 在于，當所述待處理廢物中不含有氫離子時，在所述反應過程中加入氫供體化合物，并加 入小分子碳水化合物以活化所述氫供體化合物。
8、 根據權利要求7所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征 在于，所述氫供體化合物包括以下一種或多種物質次磷酸鈉、脂肪酸、脂肪醇、烷烴、胺類。
9、 根據權利要求4所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特征 在于，含有所述持久性有機污染物的廢物包括以下一種或多種物質有機氯農藥、變壓器中的多氯聯(lián)苯油、受到有機氯農藥或多氯聯(lián)苯油污染的土壤和沉 積物、含有二噁英的垃圾焚燒飛灰和氯堿工業(yè)鹽泥。
10、 根據權利要求4所述的微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，其特 征在于，所述前處理步驟包括對于含有低濃度持久性有機污染物的廢物，先通過熱解吸等方式進行濃縮；對于固體 廢物，先進行破碎，使其顆粒均勻；對裝填多氯聯(lián)苯油的廢變壓器或電容器，先將其破 碎，并用溶劑提取其中的多氯聯(lián)苯油。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波輔助堿催化分解處理持久性有機污染物的方法，用微波輔助堿催化分解工藝處理各類含有持久性有機污染物(POPs)的廢物，利用微波與作為催化劑的微波吸收材料的相互作用迅速升高反應溫度，在堿和氫供體共存條件下完成對待處理廢物中POPs類物質的快速脫氯?？梢蕴幚韽U棄的有機氯農藥(OCPs)、變壓器中的多氯聯(lián)苯(PCBs)油、受到OCPs或PCBs嚴重污染的土壤和沉積物、含有高濃度二噁英(PCDD/Fs)的垃圾焚燒飛灰和氯堿工業(yè)鹽泥等，該方法處理時間短，脫氯效率高，可實現對各類含POPs廢物的快速處理。
文檔編號A62D3/00GK101461990SQ20091007672
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權日2009年1月15日
發(fā)明者劉希濤, 偉 趙, 燁 趙 申請人:北京師范大學