[发明专利]铁锌双金属机械化学球磨处理高浓度有机复合污染土壤的方法

说明书

技术领域

本发明涉及农药化工污染场地高浓度有机复合污染土壤的无害化处理，主要污染物是滴滴涕及其衍生物（DDTs），处理方法是机械化学法，具体涉及一种加入铁-锌双金属体系球磨处理高浓度DDTs污染土壤的方法。

背景技术

滴滴涕（DDT）作为优良的杀虫剂从上世纪40年代起曾在世界范围内广泛生产和使用。1960年代，科学家们发现DDT在环境中非常难分解，并可在动物脂肪内蓄积，影响鱼类和鸟类生存繁殖，破坏生态平衡。1970年代后，很多国家明令禁止或限制生产和使用DDT。DDT是首批列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》（POPs公约）全球控制名单的POPs之一。我国曾经大量生产和使用DDT，作为POPs公约缔约国之一，我国于1983年停止生产和使用DDT。退役的DDT生产设施和场址遗留下大量DDTs危险废物和高浓度污染土壤，对人体健康和生态环境造成潜在威胁，土地再利用前必须对DDTs废物和污染土壤进行无害化处理。

机械化学又称为机械力化学。与热化学，电化学，光化学一样是物理化学的一个分支，是绿色化学研究的前沿方向之一。机械化学的基本原理是通过机械力研磨、破碎、摩擦等作用方式累积机械能量，诱发化学反应。采用球磨的机械化学法可以诱发通常状态下很难发生的化学反应，反应条件不苛刻且操作简单。此外，机械化学法在降解有机污染物过程中不会产生二噁英等有毒副产物，从而减少了处置或修复过程中二次污染的概率与风险。研究表明，选用适当的添加剂机械化学法可以高效地降解有机化合物，包括有机卤化物。机械化学技术在处理POPs废物以及高浓度污染土壤方面具有广泛的应用潜力。

西澳大利亚大学Rowland等人于1994年在《Nature》杂志上报道了一种球磨处理DDT、多氯联苯和氯苯的方法。他们的研究发现氧化钙（CaO）作为添加剂效果较好，而铁粉对DDT的降解效果并不理想。此后，大多机械化学研究团队着重对CaO开展研究，而铁粉的研究较少。作为一种易于获取的还原活性物质，铁粉在水处理尤其是降解POPs或者其他难降解有机物方面有很广泛的研究和应用。由于其高效的降解效果，纳米铁和双金属体系近年来成为研究热点。铁粉能否高效机械化学降解POPs成为研究者比较关注的问题。近年来清华大学研究者发现，铁粉与二氧化硅（SiO₂）混合物作为添加剂，用球磨处理五氯硝基苯（PCNB）等有机物时能够取得较好的降解效果。他们的后续研究表明，Fe-Ni双金属体系具有更高的降解性能，同时处理产物用来处理水中的有机污染物依然具有很高的降解活性。以前的研究表明，只有纳米铁粉才会表现出高效的降解效果，同时研究常用的双金属体系含有贵金属(如钯，Pd)，虽然它具有较强的降解性能，但贵金属价格较高，其实际应用于土壤处理或修复时具有局限性。此外，Pd等金属的加入可能带来新的土壤金属污染问题。我们采用退役的DDT生产场地采集的实际DDTs等复合高污染土壤开展机械化学处理研究，结果表明，用铁粉处理4小时，DDTs降解率可超过99%，这与Rowland等人的研究结果（铁粉在降解DDT的时候，并不具备很高的活性）不同。此外，通过在铁粉体系加入不同的辅助试剂（如Fe-Zn双金属、SiO₂等），可以获得更好的降解效果，表明基于金属铁粉的体系机械化学球磨降解土壤中DDTs具有很好应用潜力。

发明内容

解决的技术问题：本发明的内容在于提供一种铁锌双金属机械化学球磨处理高浓度有机复合污染土壤的方法，采用高效的机械化学球磨降解添加剂，降解实际高污染土壤中的DDTs，这种添加剂的成分以铁为主体，金属锌为辅助金属。

技术方案：铁锌双金属机械化学球磨处理高浓度有机复合污染土壤的方法，步骤为：

第一步，土壤的准备与称取：土壤自然风干后，去除杂质；

第二步，球磨试剂配制：铁粉和锌粉的质量比在1:1～5:1之间，土壤的质量与铁粉和锌粉总质量比在2:1～10:1之间；

第三步，将称量好的球磨试剂加入装有待处理土壤的球磨罐之中，球重:物料重的比例在7:1～28:1，所述物料重为土壤与球磨试剂重量之和，然后盖好球磨罐盖子；

第四步，进行球磨反应：球磨罐转速为400-500rpm之间，反应时间为2-8小时，反应温度为室温，反应气氛为空气氛。

优选的，球磨试剂中还含有二氧化硅（SiO₂）或三氧化二铝(Al₂O₃)，比例为25%。