固相有效铁Fenton氧化石油污染土壤的实验研究

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尽管传统Fenton反应能够较好的修复受污染的土样,但是由于H2O2不稳定且不能完全被利用,羟基自由基产生在水相中存在时间短,石油要先从土壤固相解析到水相才能被氧化,所以会影响石油氧化的效果。本研究通过加入溶解Fe2+与土壤中有机质(SOM)在固相相结合,形成一种固相有效铁。这种固相有效铁与SOM相连,而石油污染物吸附在SOM上面。因此,固相有效铁可以催化H2O2在固相产生羟基自由基,羟基自由基在固相直接氧化污染土壤中的石油,提高土壤中石油的氧化效果。本文主要考察了反应体系不同双氧水投加方式、不同的SOM含量、不同的SOM组分(腐殖酸、壳聚糖)和不同的石油污染程度等条件下溶解性铁转移到固相形成固相有效铁的规律及其氧化石油污染土壤的效果。为固相有效铁Fenton体系现场修复石油污染土壤提供理论依据。通过研究得到以下结论:(1)土样S1和土样S2约有78%~84%和80%~87%的溶解性总铁转移到固相。900m M的H2O2均分5-6次投加时,背景土样S1和S2中溶解性铁转移到固相铁含量最大,为2782mg/kg和3616mg/kg。(2)在H2O2的作用下土样中SOM中的腐殖酸会加快溶解性铁向固相转移的速率,分别以有机结合态铁和铁锰有机结合态铁形式存在。固相有效铁体系中TPH去除率为67%,远高于无固相有效铁土样的相应值(6%)。固相有效铁体系中石油烷烃氧化率与链烃比重有关,但与其疏水性无关。(3)固相有效铁含量越高,H2O2分解产生羟基自由基的反应速率越快,氧化石油效果越好,与水相羟基自由基氧化石油规律相反,这可能由于在Fe-SOM-石油附近会产生大量羟基自由基,石油无须解析进入水相,而是在固相就近被氧化去除。(4)SOM中腐殖酸和壳聚糖的含量不同时,形成的固相有效铁组分差异较大。SOM中壳聚糖高时,形成的CS-Fe-SOM中络合铁和有机结合态铁较高。SOM中腐殖酸高时,形成的HA-Fe-SOM中有机结合态铁较高。(5)在SOM中腐殖酸含量高时,形成的固相铁HA-Fe-SOM催化H2O2可以有效地氧化链烃C14-C16,效果高于CS-Fe-SOM的相应值。而CS-Fe-SOM催化H2O2在固相产生的·OH可以有效的氧化链烃C20-C30,效果高于HA-Fe-SOM的相应值,表明HA-Fe-SOM和CS-Fe-SOM这两种固相铁在固相产生的羟基自由基的位置不同。
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