[發明專利]利用堆肥產物合成的生物炭促進Fe(III)/H2O2體系修復有機物污染水體的方法

在審

• 申請號: 201510494810.1
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN105084512A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 張禮知;秦雅鑫
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

技術領域

本發明屬于環境化學領域，具體涉及一種利用畜禽糞便的堆肥產物合成生物炭，并將其應用于水體中有機污染物的控制和修復方法，適用于印染、農業等領域有機廢水的處理。

背景技術

隨著我國工農業的迅猛發展，大量的工農業廢水進入自然水體，導致水環境污染日益嚴重。這些廢水普遍具有污染物濃度高、毒性大、難降解的特點,對人類健康和環境造成嚴重危害。

自1894年法國化學家Fenton首次發現Fe(II)和H₂O₂的混合溶液(Fenton試劑)在酸性條件下可以氧化酒石酸后，Fenton和類Fenton體系廣泛應用于各類廢水的處理中。傳統Fenton體系能有效的去除水體中的有機污染物是因為Fe(II)能在酸性條件下催化分解H₂O₂生成Fe(III)具有強氧化性羥基自由基，羥基自由基可以無選擇性地氧化降解有機污染物。Fenton和Fenton類體系因反應條件溫和，設備較為簡單，適用范圍比較廣而受到廣泛關注，但是Fe(III)/Fe(II)循環困難，而且三價鐵極易生成鐵氧化物沉淀，阻礙反應的進行。為了克服這些缺點，Fenton試劑與其它技術聯用(如光、電、超聲等)處理廢水也得到了廣泛的研究和應用。這些方法雖然能夠有效的促進污染物的去除，但同時也增加了成本。雖然也有文獻報道乙二胺四乙酸(EDTA)等有機配體的加入能有效的抑制三價鐵的沉淀，但是有機配體的加入容易造成二次污染。

隨著我國規模化養殖業的迅速發展，大量排放的畜禽糞便已造成嚴重的環境污染問題。目前，堆肥是畜禽糞便無害化處理的主要方法。而堆肥產生的含有大量有機物固體產物一般僅作為有機肥料，用于農業生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述傳統Fenton法和類Fenton法的不足，而提供的利用堆肥產物合成的生物炭促進Fe(III)/H₂O₂體系修復有機物污染水體的方法。其使用畜禽糞便堆肥后產生的固體產物合成生物炭，實現了堆肥產物資源化，且該方法解決了傳統Fenton和類Fenton體系中Fe³⁺易沉淀，Fe(III)/Fe(II)難循環的問題，其用于有機物污染水體的修復具有高效、無選擇性、環境友好等優點。

本發明為解決上述問題所采用的技術方案為：

利用堆肥產物合成的生物炭促進Fe(III)/H₂O₂體系修復有機物污染水體的方法，其特征在于：在待修復有機物污染水體中加入利用畜禽糞便堆肥后的固體產物合成的生物炭，與Fe(III)物質和H₂O₂組成反應體系，在中性或酸性條件下進行有機物污染水體的修復。

按上述方案，利用畜禽糞便堆肥后產生的固體產物合成生物炭的方法，制備步驟如下：

步驟1：將畜禽糞便堆肥后的固體產物用粉碎機粉碎后，干燥；

步驟2：在水熱反應釜中加入步驟1的固體粉末和葡萄糖，加水配置成溶液；

步驟3：將步驟2所得的混合溶液在室溫下攪拌均勻后進行水熱處理，處理溫度為180～200℃，恒溫10～12h，后處理得到灰色生物炭固體粉末；

按上述方案，步驟2中：步驟1的固體粉末和葡萄糖的質量比為3:1～3:2。

按上述方案，所述其中步驟2的溶液中葡萄糖的濃度為33.3～66.7克/升。

按上述方案，所述步驟3中的后處理為：水熱反應結束后，離心，將離心后得到的固體產物用蒸餾水和乙醇分別洗滌3次以上，然后將得到的產物干燥。

按上述方案，所述步驟1的干燥為在60℃下真空干燥24h。

根據上述方案，所述廢水體系若為中性或酸性，則不需調節pH，若廢水體系為堿性，可選用鹽酸、硫酸等無機酸調節體系pH至中性或酸性。

根據上述方案，所述的生物炭在待修復有機物污染水水體系中的濃度為0.25～1克/升。

根據上述方案，所述Fe(III)物質是九水合硝酸鐵，六水合三氯化鐵或硫酸鐵中的一種。

根據上述方案，所述Fe(III)物質以Fe³⁺的摩爾濃度計，在待修復有機物污染水體中的濃度為0.4～0.8mmol/L。