[发明专利]一种过硫酸盐-过氧化钙双氧化剂去除多环芳烃类物质甲基萘的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种去除水体中有机污染物的方法，尤其是涉及一种地下水修复领域利用过硫酸盐-过氧化钙双氧化剂去除多环芳烃类物质甲基萘的方法。

背景技术

多环芳烃（PAHs）通常是指由两个或两个以上的苯环及它们衍生出的各种有机化合物的总称^[1]。在受石油污染的区域通常可见高浓度的PAHs。由于其潜在的致癌、致畸、致突变“三致”毒性，并可通过生物累积和食物链传递，威胁人类健康，给自然生物及生态环境都带来极大的危害。常见的PAHs的修复方法主要有生物修复、植物修复、化学修复等，相对其他几种修复方式，化学氧化在处理周期上更短，成本较低，对环境的破坏小，且在对于一般难以处理有机污染物化学氧化具有更高效稳定的处理效果。基于传统地下水化学修复技术的局限性，原位化学氧化（in situ chemical oxidation, ISCO）技术在受PAHs类物质污染的地下水修复上已经受到越来越多的关注。

原位化学氧化是一种利用强氧化剂降解地下水或土壤中的有机污染物，并对环境无害的化合物修复技术。ISCO以其对污染物处理的高效性和对生物修复的促进作用而受到广泛关注。它可以有效修复受石油烃、多环芳烃类有机污染物污染的土壤及地下水。现有的ISCO中常用的氧化剂包括高锰酸盐（MnO₄^-）、双氧水（H₂O₂）、过硫酸盐（S₂O₈^2-）及过氧化钙（CaO₂）。高锰酸盐在中性条件下有较长的半衰期，其在土壤及地下修复中可以保持较长的作用时间。但是对于高锰酸盐，其氧化性发挥的最佳pH条件在3以下或者10以上^[2]，土壤及地下水中性偏碱性的pH条件并不利于其氧化性的充分发挥。双氧水在ISCO中有较为广泛的应用，双氧水可激活产生氧化性极强的羟基自由基（·OH，E⁰ = 1.8～2.7V），进而有效地氧化去除有机污染物。但是双氧水在环境介质中并不稳定，在中性条件下易于发生歧化反应，生成O₂。这部分无效O₂的生成，降低了H₂O₂产生·OH的效率，进而影响实际应用中的修复效率。近年来的研究表明过硫酸盐及过氧化钙是ISCO中两类有效的氧化剂。过硫酸盐可有效降解甲基叔丁基醚、石油烃类污染物质，过氧化钙在去除三硝基甲苯、多环芳烃类物质上也显示了极大的有效性，这两类氧化剂在地下水修复领域有着广阔的应用前景。

过硫酸盐是一类氧化性较强的氧化剂，其标准氧化还原电位为2.01V。过硫酸盐在水中电离产生S₂O₈^2-，在一定的活化作用下，过硫酸盐中的-O-O-键断裂，可产生氧化性更强的硫酸根自由基（·SO₄^-，E⁰ = 2.5～3.1V）。虽然·OH是一类氧化性很强的氧化剂但是其在水溶液中存在时间短，小于1μs^[3]，对某些结构特殊的污染物·OH则失去有效的降解能力（如：全氟羧酸）。·SO₄^-对污染物有更强的选择性，其氧化活性适应的pH范围更广泛，·SO₄^-在环境中稳定性好，其半衰期在4s左右，远大于·OH。过硫酸盐类物质水溶性高，如过硫酸钠在水中溶解度可达73g/100g（25℃），且市售价格便宜，相对双氧水来说，固体的过硫酸盐在实际工程应用中更便于运输。过硫酸盐及其产物SO₄^2-对环境介质中土著微生物群影响小，从而对由这些微生物主导的生物修复影响也较为微弱^[4]。过硫酸盐在地下环境中稳定性好，可稳定存在数周之久^[3]，其稳定性远大于H₂O₂，有利于实际修复应用中的传质过程。通常，过硫酸盐可通过加热、UV光照或过渡金属离子这几种方式激活产生硫酸根自由基。