本發(fā)明屬于污染土壤的修復(fù)，具體涉及一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置和降解方法。

背景技術(shù)：

1、多氯化萘簡(jiǎn)稱(chēng)多氯萘(polychlorinated?naphthalenes，pcns)是一類(lèi)廣泛存在于自然環(huán)境中的持久性有機(jī)污染物，由1到8個(gè)氯原子在萘上不同鏈接所形成的一系列化合物，共有75個(gè)pcns同系物。pcns具有較高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、良好的絕緣性以及低可燃性，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)產(chǎn)品中，例如溫度調(diào)節(jié)液、電纜絕緣、木材防腐、發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑等。隨著pcns的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致pcns進(jìn)入到自然環(huán)境中。由于pcns具有與二噁英和多氯聯(lián)苯相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，可引起“二噁英”毒性作用，包括胚胎毒性、肝毒性、免疫毒性、皮膚病變、致畸性和致癌性，對(duì)生物和環(huán)境造成危害。八氯萘(cn-75)又稱(chēng)八氯化萘，由于八氯萘的氯化程度較高，所以八氯萘在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化更加穩(wěn)定，降解時(shí)間也更加長(zhǎng)。所以，八氯萘可以在環(huán)境中進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的遷移，尤其是在土壤環(huán)境中也更為穩(wěn)定。

2、目前，關(guān)于pcns降解方法主要有機(jī)械化學(xué)、生物降解、高溫熔融以及超聲波降解。對(duì)于生物降解處理pcns，雖然處理效果較好，但是存在周期過(guò)程、對(duì)環(huán)境要求較高、條件較難控制等缺點(diǎn)。而對(duì)于其他物理化學(xué)方式，則存在著費(fèi)用高、處理不徹底容易造成二次污染等缺點(diǎn)。而光降解是有機(jī)物在環(huán)境中轉(zhuǎn)化和生成的重要方式之一，由于太陽(yáng)光到達(dá)地球表面多為紫外光和可見(jiàn)光，所以基于紫外光和可見(jiàn)光下有機(jī)物的光降解或轉(zhuǎn)化一直備受關(guān)注。

3、石墨氮化碳(g-c3n4)是一種常見(jiàn)的非金屬光催化劑，具有較寬帶隙(約2.7ev)、成本低、原料來(lái)源廣、理化性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。然而，g-c3n4的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，對(duì)可見(jiàn)光的吸收效率較弱，光生電子和空穴復(fù)合嚴(yán)重，光催化性能較弱。這些缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了其在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用。所以，使用金屬或者元素對(duì)g-c3n4進(jìn)行改性，以增加g-c3n4的光催化能力，是一個(gè)可行的方式。金屬有機(jī)骨架材料(mofs)是近年來(lái)備受關(guān)注的新型多孔配位聚合物。mofs可以通過(guò)多種金屬離子作為連接物，也可以選擇多種有機(jī)配體作為連接。fe基mofs具有低成本、環(huán)保、高比表面積、半導(dǎo)體和光敏性等優(yōu)，已被應(yīng)用于吸附、傳感、催化和電池等領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、操作簡(jiǎn)單的光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置和方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，包括底座、金屬支座框架、反應(yīng)玻璃罐體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其特征在于，所述底座上承載著金屬支座框架；金屬支座框架的四角分別設(shè)有調(diào)節(jié)螺母ⅰ、調(diào)節(jié)螺母ⅱ、調(diào)節(jié)螺母ⅲ和調(diào)節(jié)螺母ⅳ；金屬支座框架上安裝傳動(dòng)齒輪ⅰ、傳動(dòng)齒輪ⅲ、支撐齒輪ⅰ和支撐齒輪ⅱ四個(gè)齒輪，所述四個(gè)齒輪支撐著可拆卸的反應(yīng)玻璃罐體；在金屬支座框架尾部側(cè)邊裝載驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與傳動(dòng)齒輪ⅰ相連；反應(yīng)玻璃罐體內(nèi)部設(shè)有罐體配套轉(zhuǎn)刀。

4、進(jìn)一步的，上述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，所述調(diào)節(jié)螺母ⅲ和調(diào)節(jié)螺母ⅳ位于金屬支座框架的尾端，調(diào)節(jié)螺母ⅰ和調(diào)節(jié)螺母ⅱ位于靠近反應(yīng)玻璃罐體罐口處，調(diào)節(jié)螺母ⅰ和調(diào)節(jié)螺母ⅱ可以在金屬支座框架的預(yù)留軌道上滑動(dòng)。

5、進(jìn)一步的，上述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，所述支撐齒輪ⅰ和支撐齒輪ⅱ位于靠近反應(yīng)玻璃罐體罐口處；反應(yīng)玻璃罐體的尾部安裝傳動(dòng)齒輪ⅱ，傳動(dòng)齒輪ⅱ并分別與傳動(dòng)齒輪ⅰ、傳動(dòng)齒輪ⅲ以嚙合的方式連接。

6、進(jìn)一步的，上述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，所述罐體配套轉(zhuǎn)刀包括三根由聚四氟材料制成的轉(zhuǎn)刀，三根轉(zhuǎn)刀粘連在反應(yīng)玻璃罐體的罐體內(nèi)壁，間隔分布。

7、進(jìn)一步的，上述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，所述傳動(dòng)齒輪ⅲ為可拆卸的。

8、利用上述任意一項(xiàng)所述的光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置光催化降解土壤中的多氯化萘的方法如下：將多氯化萘污染土壤和s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)光催化劑置于光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置的反應(yīng)玻璃罐體內(nèi)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使反應(yīng)玻璃罐體轉(zhuǎn)動(dòng)，在黑暗條件下攪拌至充分混合；隨后，在可見(jiàn)光源照射下，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺母ⅰ和調(diào)節(jié)螺母ⅱ來(lái)調(diào)整反應(yīng)玻璃罐體的角度，使反應(yīng)玻璃罐體內(nèi)的混合土樣充分得到光源的照射，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)控制反應(yīng)玻璃罐體的轉(zhuǎn)速，罐體配套轉(zhuǎn)刀在反應(yīng)玻璃罐體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不斷翻轉(zhuǎn)罐內(nèi)混合土樣，催化降解土壤中的多氯化萘。

9、進(jìn)一步的，上述的光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)光催化劑和多氯化萘污染土壤的質(zhì)量比為5：95；多氯化萘污染土壤的濃度為5-10mg/kg。

10、進(jìn)一步的，上述的光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，所述可見(jiàn)光源為外接led光源或天然太陽(yáng)光。

11、優(yōu)選的，所述外接led光源的波長(zhǎng)λ≥420nm，光源距離土壤50cm，光照強(qiáng)度為12.5w/m2。

12、進(jìn)一步的，上述的光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，所述s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)光催化劑的制備方法包括如下步驟：

13、1)將質(zhì)量比為3：2：1.5的三聚氰胺、尿素與乙胺硫脲通過(guò)球磨充分混合，隨后將混合物放入帶蓋陶瓷坩堝中，550℃穩(wěn)定2小時(shí)，冷卻即得s摻雜g-c3n4；

14、2)將fecl3.6h2o于dmf中攪拌，隨后依次加入s摻雜g-c3n4和h2bdc，s摻雜g-c3n4、fecl3.6h2o和h2bdc的摩爾比為2：1：2，攪拌，將上述混合物轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中，150℃下反應(yīng)24h，即得s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)光催化劑。

15、本發(fā)明的有益效果是：

16、1、本發(fā)明裝置和方法去除八氯萘的效率較高，多氯化萘作為持久性有機(jī)污染物，在環(huán)境中可以遷移百天甚至數(shù)年才能完全礦化，本方法對(duì)八氯萘的降解周期可控制在20天內(nèi)。

17、2、本發(fā)明采用s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)作為光催化劑，在土壤環(huán)境中穩(wěn)定且無(wú)土壤毒性和生物毒性，處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

18、3、本發(fā)明裝置可以適用于多種環(huán)境，不僅能適用于小型室內(nèi)模擬研究，也適用于自然環(huán)境條件下光催化降解研究。

19、4、本發(fā)明裝置操作方便，可以通過(guò)控制罐體轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)攪拌速度，同時(shí)也可以控制罐體的角度，來(lái)控制光的入射和輻照。

技術(shù)特征：

1.一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，包括底座(1)、金屬支座框架(2)、反應(yīng)玻璃罐體(3)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)，其特征在于，所述底座(1)上承載著金屬支座框架(2)；金屬支座框架(2)的四角分別設(shè)有調(diào)節(jié)螺母ⅰ(11)、調(diào)節(jié)螺母ⅱ(12)、調(diào)節(jié)螺母ⅲ(13)和調(diào)節(jié)螺母ⅳ(14)；金屬支座框架(2)上安裝傳動(dòng)齒輪ⅰ(6)、傳動(dòng)齒輪ⅲ(8)、支撐齒輪ⅰ(9)和支撐齒輪ⅱ(10)四個(gè)齒輪，所述四個(gè)齒輪支撐著可拆卸的反應(yīng)玻璃罐體(3)；在金屬支座框架(2)尾部側(cè)邊裝載驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)與傳動(dòng)齒輪ⅰ(6)相連；反應(yīng)玻璃罐體(3)內(nèi)部設(shè)有罐體配套轉(zhuǎn)刀(4)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)螺母ⅲ(13)和調(diào)節(jié)螺母ⅳ(14)位于金屬支座框架(2)的尾端，調(diào)節(jié)螺母ⅰ(11)和調(diào)節(jié)螺母ⅱ(12)位于靠近反應(yīng)玻璃罐體(3)罐口處，調(diào)節(jié)螺母ⅰ(11)和調(diào)節(jié)螺母ⅱ(12)可以在金屬支座框架(2)的預(yù)留軌道上滑動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，其特征在于，所述支撐齒輪ⅰ(9)和支撐齒輪ⅱ(10)位于靠近反應(yīng)玻璃罐體(3)罐口處；反應(yīng)玻璃罐體(3)的尾部安裝傳動(dòng)齒輪ⅱ(7)，傳動(dòng)齒輪ⅱ(7)并分別與傳動(dòng)齒輪ⅰ(6)、傳動(dòng)齒輪ⅲ(8)以嚙合的方式連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，其特征在于，所述罐體配套轉(zhuǎn)刀(4)包括三根由聚四氟材料制成的轉(zhuǎn)刀，三根轉(zhuǎn)刀粘連在反應(yīng)玻璃罐體(3)的罐體內(nèi)壁，間隔分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)齒輪ⅲ(8)為可拆卸的。

6.利用權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，其特征在于，所述方法如下：將多氯化萘污染土壤和s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)光催化劑置于光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置的反應(yīng)玻璃罐體(3)內(nèi)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)使反應(yīng)玻璃罐體(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，在黑暗條件下攪拌至充分混合；隨后，在可見(jiàn)光源照射下，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺母ⅰ(11)和調(diào)節(jié)螺母ⅱ(12)來(lái)調(diào)整反應(yīng)玻璃罐體(3)的角度，使反應(yīng)玻璃罐體(3)內(nèi)的混合土樣充分得到光源的照射，同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)來(lái)控制反應(yīng)玻璃罐體(3)的轉(zhuǎn)速，罐體配套轉(zhuǎn)刀(4)在反應(yīng)玻璃罐體(3)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不斷翻轉(zhuǎn)罐內(nèi)混合土樣，催化降解土壤中的多氯化萘。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，其特征在于，s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)光催化劑和多氯化萘污染土壤的質(zhì)量比為5：95；多氯化萘污染土壤的濃度為5-10mg/kg。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，其特征在于，所述可見(jiàn)光源為外接led光源或天然太陽(yáng)光。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，其特征在于，所述外接led光源的波長(zhǎng)λ≥420nm，光源距離土壤50cm，光照強(qiáng)度為12.5w/m2。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光催化降解土壤中的多氯化萘的方法，其特征在于，所述s摻雜g-c3n4/mil-101(fe)光催化劑的制備方法包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于污染土壤的修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光催化降解土壤中的多氯化萘的裝置和降解方法。本發(fā)明裝置主要包括底座、金屬支座框架、反應(yīng)玻璃罐體、罐體配套轉(zhuǎn)刀、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、支撐齒輪、調(diào)節(jié)螺母，各個(gè)單元相互支撐并傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。所述裝置配套光源可以選用LED燈或者天然太陽(yáng)光。利用本發(fā)明光催化裝置，采用S摻雜g?C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/MIL?101(Fe)光催化劑，其光催化能力強(qiáng)，在土壤環(huán)境中穩(wěn)定無(wú)毒，可以有效提高八氯萘的降解效率。本發(fā)明去除多氯化萘污染土壤的處理方法簡(jiǎn)單，裝置成本低廉，可以利用太陽(yáng)能，效率高，不會(huì)造成二次污染，是一種對(duì)土壤環(huán)境友好的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：于英潭,房明朗,司文博,張賽,趙舒萌,王儉,王萬(wàn)杰,楊大藝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2