本發(fā)明屬于地下水修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用納米四氧化三鐵(n-fe3o4)和過(guò)氧化鈣(cao2)組成非均相類(lèi)芬頓試劑來(lái)修復(fù)地下水苯系物污染的方法。

背景技術(shù)：

地下水是我國(guó)水資源的重要組成部分，為社會(huì)發(fā)展和人們生活提供了主要的用水。但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展，生產(chǎn)和生活廢水排放引發(fā)地下水的污染日益嚴(yán)重。主要污染類(lèi)型包括重金屬污染、放射性污染和有機(jī)污染物。其中有機(jī)物污染在3種主要污染物中存在更大的復(fù)雜性、隱蔽性和危害性。苯系物是化工污染場(chǎng)地地下水中常見(jiàn)的有機(jī)污染物，對(duì)人體健康傷害極大，能在極低濃度下富集，對(duì)人體健康和環(huán)境造成嚴(yán)重甚至不可逆的危害，因此加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)中的苯系物的降解和監(jiān)管顯得十分重要。

目前已有較多針對(duì)這一類(lèi)地下污水處理方法，常用方法包括：抽出處理技術(shù)、原位微生物修復(fù)技術(shù)、原位空氣擾動(dòng)技術(shù)、可滲透反映墻技術(shù)、地下水循環(huán)井技術(shù)和原位化學(xué)氧化技術(shù)等。其中原位化學(xué)氧化技術(shù)因其操作方法因其對(duì)苯系物降解速度快、降解率高、操作簡(jiǎn)單易行、二次破壞較小等而備受矚目。地下水污染修復(fù)中常用氧化劑包括芬頓試劑、高錳酸鉀、臭氧、活化過(guò)硫酸鹽等，其中芬頓試劑由于可以充分利用含水層介質(zhì)中豐富的鐵礦石而受到廣泛的研究。

然而，經(jīng)典芬頓試劑中的過(guò)氧化氫(h2o2)由于壽命較短，在地下水濃度過(guò)高時(shí)很容易發(fā)生無(wú)效分解直接生成h2o和o2，而未能與二價(jià)鐵發(fā)生充分的芬頓反應(yīng)，造成h2o2的大量浪費(fèi)。此外，芬頓反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)體系溫度的升高，h2o2分解反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步取代芬頓反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，造成h2o2的更大浪費(fèi)。此外，芬頓反應(yīng)對(duì)環(huán)境ph要求較為苛刻，需要達(dá)到2～3之間，但是在地下水環(huán)境中難以滿足。因此，如何控制h2o2在地下水的濃度是該技術(shù)能否成功應(yīng)用于地下水污染修復(fù)的關(guān)鍵。cao2由于在水中能夠逐漸分解生成h2o2，從而與鐵離子發(fā)生芬頓反應(yīng)生成羥基自由基，可以降低地下水中h2o2由于歧化反應(yīng)造成的無(wú)效分解比重。northup等使用cao2降解地下水中的四氯乙烯，ph控制在6～9的效果最佳，4h內(nèi)降解率可達(dá)到97％。

利用二價(jià)鐵與過(guò)氧化鈣組成類(lèi)芬頓體系，雖然高效、無(wú)毒、無(wú)能耗，但二價(jià)鐵不能回收利用，易給地下水帶來(lái)二次污染。因此，選擇經(jīng)濟(jì)環(huán)保高性活化劑替代二價(jià)鐵活化過(guò)氧化鈣，拓寬ph應(yīng)用范圍、減少h2o2無(wú)效分解、提高類(lèi)芬頓反應(yīng)降解率是降解有機(jī)污染物所要解決的關(guān)鍵。

本發(fā)明在申請(qǐng)人多年研究的基礎(chǔ)上，公開(kāi)了一種利用納米fe3o4/cao2協(xié)同降解地下水中苯系物的方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)苯系物污染地下水的快速高效修復(fù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種利用納米fe3o4/cao2修復(fù)地下水苯系物污染的方法，解決了傳統(tǒng)工藝中氧化劑容易無(wú)效分解導(dǎo)致浪費(fèi)的問(wèn)題，具有工藝條件簡(jiǎn)單、操作要求低以及催化材料可循環(huán)使用等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于地下水中各類(lèi)苯系物的降解修復(fù)。

本發(fā)明為一種利用納米fe3o4/cao2體系降解地下水中苯系物的方法，其中苯系物包括甲苯、乙苯、鄰二甲苯和間二甲苯等。具體技術(shù)方案如下：通過(guò)控制ph在一定條件下，向苯系物污染地下水中投加cao2和納米fe3o4，常溫下于恒溫振蕩器中振蕩，處理后的苯系物降解率達(dá)到95％以上?？梢岳眉{米fe3o4的磁性將其回收循環(huán)利用。

所述的廢水中苯系物的濃度為100～500mg/l。

所述的ph為4～7，ph的控制用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)。

所述的cao2為廢水中苯系物摩爾數(shù)的1～2倍。

所述的納米fe3o4粒徑為20～30nm，形狀為球形，鐵含量為99.5％，投加量為苯系物摩爾數(shù)的1～2倍。

所述的恒溫振蕩器的溫度為常溫，轉(zhuǎn)速為180r/min。

所述的降解時(shí)間為4～8h。

本發(fā)明中，cao2的主要作用是緩慢釋放h2o2，并在納米fe3o4催化作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基。

本發(fā)明中，納米fe3o4的作用為催化劑，它催化cao2分解釋放的h2o2產(chǎn)生類(lèi)芬頓反應(yīng)，由于它是納米級(jí)催化材料，具有很大的比表面積，可以顯著提高與h2o2的表面接觸效率，從而提高類(lèi)芬頓反應(yīng)效率和對(duì)地下水苯系物的降解效率。

本發(fā)明的有益效果：

納米fe3o4和cao2構(gòu)成的反應(yīng)體系，提高了地下水中苯系物的降解效率；此外，由于納米fe3o4本身具有磁性，可以通過(guò)磁鐵回收循環(huán)利用，有助于降低處理成本。相對(duì)傳統(tǒng)工藝的經(jīng)典芬頓試劑，本發(fā)明采用納米fe3o4活化cao2還有效減少了由于鐵離子存在而引起的二次污染。

附圖說(shuō)明

主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制附圖1和附圖2，附圖1反映了不同過(guò)氧化鈣投加量對(duì)苯系物降解率的影響；附圖2反映了不同降解時(shí)間對(duì)苯系物降解率的影響。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)例來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1和例2中利用本發(fā)明處理方法對(duì)模擬苯系物地下廢水溶液進(jìn)行處理。其中，廢水溶液中殘留的苯系物利用四氯化碳萃取，采用氣相色譜法定量分析。

實(shí)施例1：

配制100ml苯系物廢水(500mg/l)模擬地下廢水，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph至5，向廢水中投加9.24g/l納米fe3o4和2.88g/lcao2，于常溫下在180r/min的恒溫振蕩器中振蕩4h，廢水中苯系物的降解率達(dá)到了96％。反應(yīng)結(jié)束后，磁性分離納米fe3o4，于400w超聲清洗器中超聲10min后用，用干燥劑干燥回收利用。

實(shí)施例2：

配制100ml苯系物廢水(400mg/l)模擬地下廢水，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph至5，向廢水中投加7.39g/l納米fe3o4和2.3g/lcao2，于常溫下在180r/min的恒溫振蕩器中振蕩8h，廢水中苯系物的降解率達(dá)到了99.9％。反應(yīng)結(jié)束后，磁性分離納米fe3o4，于400w超聲清洗器中超聲10min后用，用干燥劑干燥回收利用。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高級(jí)氧化地下廢水處理工程領(lǐng)域，公開(kāi)了一種利用Fe3O4/CaO2非均相類(lèi)芬頓反應(yīng)體系降解苯系物的方法。該方法是通過(guò)控制在一定pH條件下，向苯系物廢水中投加過(guò)氧化鈣和納米四氧化三鐵，在常溫下反應(yīng)，利用納米四氧化三鐵的磁性將其回收循環(huán)利用。本方法處理后的苯系物降解率達(dá)到95％以上。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：工藝條件簡(jiǎn)單、操作要求低期以及催化材料可循環(huán)使用等，可廣泛應(yīng)用于有機(jī)地下廢水處理。

技術(shù)研發(fā)人員：姚靜波;王明新;李心瑤;黃承娟;侯華川
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.31
技術(shù)公布日：2017.07.21