[发明专利]利用堆肥产物合成的生物炭促进Fe(III)/H2O2体系修复有机物污染水体的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境化学领域，具体涉及一种利用畜禽粪便的堆肥产物合成生物炭，并将其应用于水体中有机污染物的控制和修复方法，适用于印染、农业等领域有机废水的处理。

背景技术

随着我国工农业的迅猛发展，大量的工农业废水进入自然水体，导致水环境污染日益严重。这些废水普遍具有污染物浓度高、毒性大、难降解的特点,对人类健康和环境造成严重危害。

自1894年法国化学家Fenton首次发现Fe(II)和H₂O₂的混合溶液(Fenton试剂)在酸性条件下可以氧化酒石酸后，Fenton和类Fenton体系广泛应用于各类废水的处理中。传统Fenton体系能有效的去除水体中的有机污染物是因为Fe(II)能在酸性条件下催化分解H₂O₂生成Fe(III)具有强氧化性羟基自由基，羟基自由基可以无选择性地氧化降解有机污染物。Fenton和Fenton类体系因反应条件温和，设备较为简单，适用范围比较广而受到广泛关注，但是Fe(III)/Fe(II)循环困难，而且三价铁极易生成铁氧化物沉淀，阻碍反应的进行。为了克服这些缺点，Fenton试剂与其它技术联用(如光、电、超声等)处理废水也得到了广泛的研究和应用。这些方法虽然能够有效的促进污染物的去除，但同时也增加了成本。虽然也有文献报道乙二胺四乙酸(EDTA)等有机配体的加入能有效的抑制三价铁的沉淀，但是有机配体的加入容易造成二次污染。

随着我国规模化养殖业的迅速发展，大量排放的畜禽粪便已造成严重的环境污染问题。目前，堆肥是畜禽粪便无害化处理的主要方法。而堆肥产生的含有大量有机物固体产物一般仅作为有机肥料，用于农业生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述传统Fenton法和类Fenton法的不足，而提供的利用堆肥产物合成的生物炭促进Fe(III)/H₂O₂体系修复有机物污染水体的方法。其使用畜禽粪便堆肥后产生的固体产物合成生物炭，实现了堆肥产物资源化，且该方法解决了传统Fenton和类Fenton体系中Fe³⁺易沉淀，Fe(III)/Fe(II)难循环的问题，其用于有机物污染水体的修复具有高效、无选择性、环境友好等优点。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：

利用堆肥产物合成的生物炭促进Fe(III)/H₂O₂体系修复有机物污染水体的方法，其特征在于：在待修复有机物污染水体中加入利用畜禽粪便堆肥后的固体产物合成的生物炭，与Fe(III)物质和H₂O₂组成反应体系，在中性或酸性条件下进行有机物污染水体的修复。

按上述方案，利用畜禽粪便堆肥后产生的固体产物合成生物炭的方法，制备步骤如下：

步骤1：将畜禽粪便堆肥后的固体产物用粉碎机粉碎后，干燥；

步骤2：在水热反应釜中加入步骤1的固体粉末和葡萄糖，加水配置成溶液；

步骤3：将步骤2所得的混合溶液在室温下搅拌均匀后进行水热处理，处理温度为180～200℃，恒温10～12h，后处理得到灰色生物炭固体粉末；

按上述方案，步骤2中：步骤1的固体粉末和葡萄糖的质量比为3:1～3:2。

按上述方案，所述其中步骤2的溶液中葡萄糖的浓度为33.3～66.7克/升。

按上述方案，所述步骤3中的后处理为：水热反应结束后，离心，将离心后得到的固体产物用蒸馏水和乙醇分别洗涤3次以上，然后将得到的产物干燥。

按上述方案，所述步骤1的干燥为在60℃下真空干燥24h。

根据上述方案，所述废水体系若为中性或酸性，则不需调节pH，若废水体系为碱性，可选用盐酸、硫酸等无机酸调节体系pH至中性或酸性。

根据上述方案，所述的生物炭在待修复有机物污染水水体系中的浓度为0.25～1克/升。

根据上述方案，所述Fe(III)物质是九水合硝酸铁，六水合三氯化铁或硫酸铁中的一种。

根据上述方案，所述Fe(III)物质以Fe³⁺的摩尔浓度计，在待修复有机物污染水体中的浓度为0.4～0.8mmol/L。