專利名稱：一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于三氯乙烯污染土壤修復領(lǐng)域，特別涉及一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑及其制備方法和使用方法。
背景技術(shù)：
三氯乙烯(Trichloroethylene，TCE)是揮發(fā)性有機化合物，可經(jīng)呼吸道、消化道和皮膚吸收，是有毒的致癌物質(zhì)。其作為重要的氯代溶劑，被廣泛應(yīng)用于金屬加工、電子、干洗、電鍍、有機合成等行業(yè)中，已成為土壤和地下水有機污染中主要的污染物之一。土壤一旦受到TCE的污染，不僅會破壞土壤的理化性質(zhì)，對農(nóng)作物造成危害，而且會隨著食物鏈的轉(zhuǎn)移而形成累積效應(yīng)，對人類健康構(gòu)成巨大威脅。由于其易遷移，難降解，對環(huán)境的影響大， 甚至會威脅到地下水源的清潔，影響地下水的使用。原位化學氧化(ISCO)是近年來提出的能夠有效處理地下水和土壤中TCE的一種技術(shù)，通過不同氧化劑與污染物之間產(chǎn)生化學氧化反應(yīng)而將污染物轉(zhuǎn)化為無害化學物質(zhì)。 ISCO常用的氧化劑主要有高錳酸鹽(KMnO4)、Fenton試劑、O3和過硫酸鹽。其中，KMnO4帶來的滲透性下降、03存在氣相傳質(zhì)問題以及i^nton所需的強酸性等都限制了這些技術(shù)的發(fā)展。而過硫酸鈉作為其中氧化性最強的氧化劑，具有水溶性強，在土壤中穩(wěn)定性高，相對成本較低，反應(yīng)產(chǎn)物無害性等的優(yōu)點，適用于TCE污染場地修復。但由于過硫酸鈉過于穩(wěn)定， 常溫下反應(yīng)速率較慢，需要通過活化提高氧化能力，因此開發(fā)一種環(huán)境友好的、高效經(jīng)濟的過硫酸鈉氧化技術(shù)具有重大實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑；該藥劑可廣泛應(yīng)用于TCE污染土壤修復領(lǐng)域。本發(fā)明的另一目的在于提供上述三氯乙烯污染土壤氧化藥劑的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供上述三氯乙烯污染土壤氧化藥劑的使用方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑，該藥劑包括氧化劑和活化劑；所述氧化劑為質(zhì)量體積比1. 2 2. 4g/L的過硫酸鈉(Na2S2O8)溶液； 所述活化劑為質(zhì)量體積比0. 7 1. 4g/L的七水合硫酸亞鐵(FeSO4 ·7Η20)溶液和質(zhì)量體積比為0. lg/L的檸檬酸(CA)溶液。上述三氯乙烯污染土壤氧化藥劑的制備方法，包括以下操作步驟(1)將過硫酸鈉用水溶解，形成過硫酸鈉的質(zhì)量體積比濃度為1. 2 2. 4g/L的溶液，得到氧化劑；(2)將七水合硫酸亞鐵和檸檬酸用水溶解，形成七水合硫酸亞鐵的質(zhì)量體積比濃度為0. 7 1. 4g/L和檸檬酸的質(zhì)量體積比濃度為0. lg/L的溶液，得到活化劑。上述三氯乙烯污染土壤氧化藥劑的使用方法，包括以下操作步驟向三氯乙烯污染土壤中同時注入氧化劑和活化劑，或者先注入活化劑再注入氧化劑；所述氧化劑和活化劑的體積比為1 1。本發(fā)明的原理是過硫酸鹽在水中電離產(chǎn)生過硫酸根離子&082_，其標準氧化還原電位& = +2. 01V, 高于常用氧化劑高錳酸鉀及過氧化氫，氧化能力很強。常見的過硫酸鹽包括過硫酸鈉、過硫酸鉀和過硫酸銨，但由于過硫酸鉀的水溶性低且成本較高，過硫酸銨不穩(wěn)定易分解產(chǎn)生氨氣，均不適合在環(huán)境領(lǐng)域中應(yīng)用，故采用過硫酸鈉作為氧化劑。過硫酸鈉在1 2+激活作用的誘導下，快速生成硫酸根自由基(CO4-) (E0 = +2. 6)，可利用其強大的氧化能力使三氯乙烯完全礦化，其反應(yīng)式如下S2O82^Fe2+ — · S0;+Fe3++S0,6 · S04>C2HC13+4H20 — 2C02+9H++3Cr+6S042_然而，只用1 2+催化存在著催化劑利用率較低的局限，因此可通過添加金屬螯合劑的方式來提高狗2+的催化效果和TCE的去除效果。檸檬酸是其中一種常用的金屬螯合劑，可與狗2+形成具有特殊穩(wěn)定性的螯合物。其具體作用有①增加TCE的溶解度；②從土壤中提取狗2+與反應(yīng)；③與狗2+形成螯合物，使狗2+與· SO4—不反應(yīng)；④Fe2+的存在需要酸性條件，中性或堿性條件易沉淀析出，加入檸檬酸可降低反應(yīng)體系的PH。綜上，加入檸檬酸使反應(yīng)體系中的狗2+和SO4—都增多了，有利于TCE的降解。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果(1)本發(fā)明三氯乙烯污染土壤氧化藥劑去除效果顯著，對TCE污染土壤進行處理 30min后的去除率可達90%以上；(2)成本低廉；本發(fā)明藥劑原料過硫酸鈉目前國內(nèi)市場報價一般為7000元/噸左右，比過氧化氫($1. 25/kg)的成本低；(3)環(huán)境友好；本發(fā)明藥劑中的亞鐵鹽為土壤中固含物質(zhì)，檸檬酸是天然的，環(huán)境友好的多元有機螯合物，易被生物降解；過硫酸鈉反應(yīng)產(chǎn)物為鈉鹽和硫酸鹽，對環(huán)境無害。


圖1為本發(fā)明藥劑對不同濃度三氯乙烯的平均去除率。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1 藥劑配比與濃度組合的去除效果比較1、在土樣TCE污染濃度為100mg/kg的條件下，設(shè)計成以Na2S2O8濃度、FeSO4濃度、 CA濃度和反應(yīng)時間為變量的4因素3水平的正交試驗(見表1)，各成分的濃度，即實驗設(shè)計濃度，為氧化劑與活化劑混合后的濃度。2、稱取Ne^2O8用自來水溶解成濃度為1. 2 3. 6g/L的Ne^2O8溶液，作為氧化劑； 另稱取!^eSO4 ·7Η20和CA，用自來水溶解配成!^eSO4-CA混合溶液，混合溶液中二者濃度分別為0. 7 2. 8g/L和0. 1 0. 5g/L，作為活化劑。3、稱取IOg的備用土樣(TCE濃度為100mg/kg)于IOOmL的離心管中，加入 FeSO4-CA混合溶液15mL，振蕩搖勻后，加入Na2S2O8溶液15mL，使最終各成分濃度達到實驗設(shè)計濃度；將反應(yīng)瓶放入搖床中振蕩，搖床振蕩速度為300r/min，避光，溫度恒定為25°C。 同時進行空白處理和3個重復樣品。在實驗設(shè)計時間取樣，用吹掃捕集氣相色譜法測定氧化后土壤中TCE濃度。表1和表2的結(jié)果表明在設(shè)計的藥劑濃度范圍內(nèi)，Na2S2O8-FeSO4-CA組合藥劑對 TCE(濃度為100mg/kg)的去除率均達到92%以上，去除效果顯著；各因素主次為Na2S2O8濃度> FeSO4濃度> CA濃度>反應(yīng)時間；綜合考慮去除效果和經(jīng)濟兩方面因素，確定最佳條件為Na2S2O8濃度5mM，F(xiàn)eS04濃度2. 5mM，CA濃度0. 25mM，反應(yīng)時間30min。從實驗結(jié)果可見， 當藥劑濃度小于最佳條件時，TCE去除率隨濃度增加而提高；當藥劑濃度大于最佳條件時， TCE去除率呈下降趨勢，性價比下降，故本專利采用藥劑濃度范圍為過硫酸鈉濃度2. 5 5mM、七水合硫酸亞鐵濃度1. 25 2. 5mM、檸檬酸濃度為0. 25mM。表1藥劑配比與濃度組合的正交試驗
權(quán)利要求
1.一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑，其特征在于該藥劑包括氧化劑和活化劑；所述氧化劑為質(zhì)量體積比1. 2 2. 4g/L的過硫酸鈉溶液；所述活化劑為質(zhì)量體積比0. 7 1. 4g/L的七水合硫酸亞鐵溶液和質(zhì)量體積比0. lg/L的檸檬酸溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟(1)將過硫酸鈉用水溶解，形成過硫酸鈉的質(zhì)量體積比濃度為1.2 2. 4g/L的溶液，得到氧化劑；(2)將七水合硫酸亞鐵和檸檬酸用水溶解，形成七水合硫酸亞鐵的質(zhì)量體積比濃度為 0. 7 1. 4g/L和檸檬酸的質(zhì)量體積比濃度為0. 1/L的溶液，得到活化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑的使用方法，其特征在于包括以下操作步驟向三氯乙烯污染土壤中同時注入氧化劑和活化劑，或者先注入活化劑再注入氧化劑；所述氧化劑和活化劑的體積比為1 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三氯乙烯污染土壤氧化藥劑及其制備方法和使用方法。該藥劑包括氧化劑和活化劑；所述氧化劑為質(zhì)量體積比1.2～2.4g/L的過硫酸鈉溶液；所述活化劑為質(zhì)量體積比0.7～1.4g/L的七水合硫酸亞鐵溶液和質(zhì)量體積比0.1g/L的檸檬酸溶液。該藥劑的使用方法包括以下操作步驟向三氯乙烯污染土壤中同時注入氧化劑和活化劑，或者先注入活化劑再注入氧化劑，活化劑和氧化劑的體積比為1∶1。本發(fā)明藥劑去除效果顯著，成本低廉，環(huán)境友好。
文檔編號B09C1/08GK102277173SQ20111010808
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者吳嘉怡, 李詩殷, 杜文婷, 蔡信德, 韓蕊 申請人:環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所