微波辅助碱催化分解处理持久性有机污染物的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波辅助碱催化分解处理持久性有机污染物的方法，用微波辅助碱催化分解工艺处理各类含有持久性有机污染物（ＰＯＰｓ）的废物，利用微波与作为催化剂的微波吸收材料的相互作用迅速升高反应温度，在碱和氢供体共存条件下完成对待处理废物中ＰＯＰｓ类物质的快速脱氯。可以处理废弃的有机氯农药（ＯＣＰｓ）、变压器中的多氯联苯（ＰＣＢｓ）油、受到ＯＣＰｓ或ＰＣＢｓ严重污染的土壤和沉积物、含有高浓度二噁英（ＰＣＤＤ／Ｆｓ）的垃圾焚烧飞灰和氯碱工业盐泥等，该方法处理时间短，脱氯效率高，可实现对各类含ＰＯＰｓ废物的快速处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机污染物处理技术，尤其涉及一种微波辅助碱催化分解处理持久性 有机污染物的方法。
技术介绍
持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,简称"POPs")， 如废弃的 有机氯农药(OCPs)、变压器油中的多氯联苯(PCBs)、变压器填埋点附近土壤中的PCBs、高 炉/生活垃圾/医疗垃圾焚烧飞灰以及氯碱工业盐泥中的二噁英(PCDD/Fs)等，是可能对环境 和人体健康造成严重危害的一类化合物，它们的特性主要有毒性(可能引起生殖障碍、 性别异常、激素失调、免疫系统受损、行为异常、癌症及生育畸形)、难降解性(在环境 中的降解十分缓慢)、流动性(可以通过空气和水进行长距离的迁移并沉积在远离其排放 地点的地区)、生物累积性(能在动物的脂肪组织中累积)和生物富集性(通过食物链， 它们能被高等动物富集到较高的浓度)。即使在很低的暴露程度时，POPs对人体与动物都 是有害的。而且，通过动物迁徙和大气环流等途径，POPs污染已经成为全球性环境问题。现有技术中，碱催化分解工艺(BCD)可被用于修复氯代有机化合物(尤其是PCBs和 PCDD/Fs)污染的土壤和沉积物。在使用BCD工艺进行处理的过程中，首先将污染的土壤粉 碎、过筛，并与碳酸氢钠混合，在旋转反应器中加热至200 400'C，使氯代有机物部分分 解并挥发。挥发的污染物被收集、浓縮，在一连续搅拌反应器中在NaOH、氢供体(如6ft燃 料油)和催化剂(如活性炭、石墨、铁粉等)存在条件下进行处理，在32(TC左右持续搅拌 并加热1 8小时。BCD工艺曾被用于处理PCBs浓度高达45000mg/kg的污染土壤，PCBs各同系物的浓度均 被降低至小于2mg/kg。上述现有技术至少存在以下缺点在BCD工艺中，第二阶段是关键的部分，但在这个阶段存在反应时间长、能耗高的问题
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反应时间短、能耗低的微波辅助碱催化分解处理持久性有机 污染物的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术的，包括碱催化分解工艺， 在所述碱催化分解工艺中，对反应物进行微波辐射。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术所述的微波辅助碱催化分解处理持久 性有机污染物的方法，由于在碱催化分解工艺中，对反应物进行微波辐射，可以在反应过 程中通过微波对催化剂的作用加快反应进行，反应时间短、能耗低。具体实施例方式本专利技术的，其较佳的具体实施方式 是，包括碱催化分解工艺，在碱催化分解工艺中，对反应物进行微波辐射。反应物包括催化剂、碱、氢供体和待处理废物等。其中的催化剂为微波吸收材料，在 催化反应进行的同时，吸收微波能以提高体系温度。具体微波吸收材料包括以下一种或多 种材料铜粉、铁粉、活性炭、炭载催化剂，或活性炭与其它载体的复合催化剂等。具体包括步骤将经过前处理步骤的待处理废物与碱、催化剂混合进行反应，并在反应过程中启动微 波辐射，反应过程中，持续通入100 1000ml/min流量的氮气。微波频率为2450丽z 915MHz。所述的碱可以为碱金属或碱土金属的碳酸盐、重碳酸盐或氢氧化物等；碱的加入量可 以为待处理废物重量的1%-20%。具体所需加入的碱量可以根据待处理废物中POPs类物质的 浓度调节。当待处理废物中不含有氢离子时，可以在反应过程中加入氢供体化合物，并视情况加 入小分子碳水化合物以活化氢供体化合物，产生氢离子。氢供体化合物包括以下一种或多 种物质次磷酸钠、脂肪酸、脂肪醇、垸烃、胺类等。本专利技术所处理的含有持久性有机污染物的废物可以包括以下一种或多种 有机氯农药、变压器中的PCBs油、受到有机氯农药或PCBs油污染的土壤和沉积物、含 有二噁英的垃圾焚烧飞灰和氯碱工业盐泥等。上述的前处理步骤可以包括对于含有低浓度持久性有机污染物的废物，先通过热解吸等方式进行浓縮；对于固体 废物，先进行破碎，使其颗粒均匀；对装填PCBs油的废变压器或电容器，先将其破碎，并用溶剂提取其中的PCBs油。本专利技术将微波辐射与BCD工艺相结合，在BCD工艺中引入微波辐射作为热源以提高其处 理效率，利用微波与作为催化剂的微波吸收材料(如铜粉、铁粉、活性炭、炭载催化剂或 活性炭与其他载体复合催化剂)的相互作用为碱催化反应提供能量，在碱和氢供体存在条 件下实现对所处理的废物中POPs类物质的分解。本专利技术可直接用于处理含有高浓度POPs的废物，或先通过一定的前处理步骤(如热解 吸)将废物中低浓度的POPs浓縮，然后再用本专利技术进行处理。对于含有OCPs或PCBs土壤、 含有PCDD/Fs的飞灰以及生产或流通部门的OCPs废物等固体废物的处理，可以先将其中的大 块破碎，去除砖头、瓦块和树枝等杂物，使其颗粒均匀。对于装填PCBs油的废变压器或电 容器，应先将其破碎，并用溶剂提取其中的PCBs油。将经前处理的固体废物或变压器油等液体废物与适当比例的碱、氢供体化合物、以及 催化剂混合并启动微波加热，根据所处理废物的量和浓度及微波功率等参数确定处理时 间。反应过程持续通入100 1000ml/min流量的氮气以防止发生火灾，产生的蒸汽被冷凝、收集并经活性炭柱吸附后放空。所选用的微波频率为2450MHz或915MHz等，小型反应器可用2450MHz，大型反应器可用 915MHz;所用催化剂为既能催化脱氯反应又具有微波吸收能力的材料，包括活性炭、零价铁 粉、铜粉、活性炭为载体的催化剂(如Pd/C催化剂)以及活性炭与其他材料(如氧化铝) 为复合载体的催化剂；所加入的碱为碱金属或碱土金属的碳酸盐、重碳酸盐或氢氧化物。碱可以水溶液的形 式加入，也可以固体颗粒的形式加入。以水溶液形式加入的碱可更好地与待处理废物混 合。碱的加入量一般为待处理废物重量的1%-20%。所需加入的碱量取决于待处理废物中 POPs类物质的浓度；在待处理废物中不含有氢离子时，需加入氢供体化合物提供与POPs反应的氢离子，如 次磷酸钠。氢供体化合物还包括高沸点的脂肪酸、脂肪醇、烷烃、胺类及其他类似化合 物。为活化这些化合物产生氢离子，有时需添加碳源，可考虑使用价廉易得的小分子碳水 化合物(如蔗糖)；处理过程主要是脱氯，但脱氯会导致在某一阶段低氯代的同系物浓度增加，即高氯代 的转化成低氯代的。这对于像PCBs这样的污染物没什么问题，而对于PCDD/Fs来说，某些低 氯代的同系物可能具有更高的毒性(如2，3，7，8-四氯二苯并二噁英，TCDD)，因此需监测 反应过程以保证完全脱氯。本专利技术中，微波谐振腔可以为单模腔或多模腔；微波发生器的功率范围从几百瓦到几 十千瓦，根据所处理废物的量和浓度进行调节；5反应器可以由石英玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等能够透过微波并能耐受一定 温度的材料制成，从加工和操作方便、反应器各处接受同等微波辐射等角度考虑，确定反 应器的形状为圆筒形；在反应器及微波发生器的外围设置屏蔽罩，并连接地线，防止微波能泄漏； 微波处理过程中反应器内物料温度的测定可以采用铠装K-型热电偶和电子温度指示 仪，也可以采用光纤温度传感器或红外测温仪。具体实施例微波辅助碱催化分解工艺处理模拟污染土壤中的PCBs:选取2，4，5-三氯联苯(PCB29)作为模型化合物，用正己垸配制PCB29的储备液，加入到一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波辅助碱催化分解处理持久性有机污染物的方法，包括碱催化分解工艺，其特征在于，在所述碱催化分解工艺中，对反应物进行微波辐射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘希涛，赵伟，赵烨，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]