一种POPs污染土壤的介质阻挡放电等离子体修复方法和设备转让专利
申请号 : CN202011588933.9
文献号 : CN112893435B
文献日 : 2022-05-03
发明人 : 张兴旺 , 许贤伦 , 雷乐成
申请人 : 浙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述方法基于低温放电等离子体修复土壤的设备进行,所述低温放电等离子体修复土壤的设备包括脉冲电源(1)、变压器(2)、密封容器、介质阻挡放电反应器、除尘器(8)、监测电路和压缩机(14);
所述密封容器设有进气口(4)和出气口(5),其中进气口(4)与压缩机(14)相连,出气口(5)与除尘器(8)连接;所述介质阻挡放电反应器设置在密封容器内;
介质阻挡放电反应器包括基座、介质层、高压电极(3)、低压电极(7);介质层设置在基座上,两者相互闭合仅在朝向进气口、出气口的两端设置相通的气体流道;所述高压电极(3)贴附在介质层的上表面,所述低压电极(7)贴附在基座的上表面;待处理土壤颗粒和催化剂颗粒的混合物装填在低压电极(7)的上方,且保证混合物与介质层的下表面之间留有供气体流通的气体流道;
所述脉冲电源(1)通过变压器(2)连接高压电极(3),所述监测电路用于获取设备的电路参数;
所述修复方法,包括以下步骤:
S1:被污染的土壤通过粉碎机处理成土壤颗粒,调节土壤湿度在12%‑15%之间,备用;
S2:采用共沉淀法制备TiO2/γ‑Al2O3催化剂;
S3:将土壤颗粒与催化剂按质量比3‑4:1混合置于低温等离子体反应器中形成土层,土层位于介质层和低压电极之间,且保证介质层下表面与土层之间留有气体流道,在介质层上表面设置高压电极,对高压电极和低压电极施加电压,产生介质阻挡放电等离子体,载气通过管道进入反应器,在通过反应器的时候产生活性粒子,活性粒子与土壤颗粒接触,其后排出,放电过程中产生的臭氧与催化剂反应,产生活性物质,对土壤中的POPs进行降解矿化,修复土壤;其中载气为空气。
2.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述S1中土壤颗粒直径规格小于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述S2中催化剂的颗粒直径范围在0.5‑1mm;土壤修复后,采用筛分方式分离催化剂和土壤,催化剂回用。
4.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,空气的流速为0.5‑2mL/min。
5.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述的步骤S2具体为:
1)将钛酸四丁酯,加入无水乙醇进行磁力搅拌,调节pH至2‑3加入去离子水得到半透明溶胶;
2)将γ‑Al2O3,加入步骤1)中制备得到的半透明溶胶,浸没,陈化;
3)陈化后的催化剂取出干燥,最后将烘干的催化剂置于马弗炉,焙烧得到TiO2/γ‑Al2O3催化剂。
6.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述被污染的土壤为被五氯苯污染的土壤。
7.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述的高压电极采用脉冲电压,电压范围为10kv‑15kv。
8.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述的介质层采用石英玻璃或陶瓷制备,介质层的厚度为1‑3mm。
9.根据权利要求1所述的POPs污染土壤的低温等离子体修复方法,其特征在于,所述的高压电极和低压电极均采用金属铜箔,高压电极贴在介质层上表面,低压电极贴在基座的上表面,高压电极和低压电极构成板‑板式结构。
说明书 :
一种POPs污染土壤的介质阻挡放电等离子体修复方法和设备
技术领域
背景技术
余起重大污染事故。目前我国大地污染现状严峻,成因十分复杂,形成令人扼腕的“大地之
殇”。五氯苯属于有毒化合物,具有长期残留性、生物积蓄性和高毒性等特点,严重威胁了人
类身体安全和生态环境,于2014年被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》。
及热脱附技术,但是物理法的成本较高且效果不是很好。化学法是利用化学物质自身的氧
化性、还原性以及催化性,将土壤中的污染物转化成无毒或低毒的物质,从而达到土壤修复
的目的,主要有化学氧化法、等离子体降解法以及光催化降解法,但是化学法容易造成二次
污染问题。生物法修复污染的土壤主要有三种方式,分别是微生物修复、植物修复以及动物
修复。利用生物法来修复污染的土壤的优势在于不需要添加药剂,没有二次污染的风险,并
且可以把污染物降解成无毒无害的物质,但是微生物降解对于高氯苯的只局限于厌氧脱
氯,因为在好氧条件下,氯原子具有强烈的吸电子效应,会降低苯环上面的电子云密度,氧
化酶难以从苯环上面获得电子,限制了好氧微生物修复的应用。
离子化气体状物质,等离子体中含有丰富的活性粒子,有e等高能粒子,H2O2、H2O、·OH、H2O
+ + +
、OH 、·HO2等含氢活性粒子,O3、O 、O等含氧活性粒子,N2*、NOx等含氮活性粒子,这些物质
具有高氧化能电位,能非常有效地氧化POPs,相比于其他三种修复方法,低温等离子技术具
有处理效果好,时间快,不用添加化学试剂,无二次污染,易操作等优点,因此在环境治理方
面有较大的应用场景。
发明内容
介质层上表面设置高压电极,对高压电极和低压电极施加电压,产生介质阻挡放电等离子
体,载气通过管道进入反应器,在通过反应器的时候产生活性粒子,活性粒子与土壤颗粒接
触,其后排除,放电过程中产生的臭氧与催化剂反应,产生大量·O、·O2等活性物质,对土
壤中的POPs进行降解矿化,修复土壤;其中载气为空气。
在介质层的上表面,所述低压电极贴附在基座的上表面;待处理土壤颗粒和催化剂颗粒的
混合物装填在下低压电极的上方,且保证混合物与介质层的下表面之间留有供气体流通的
气体流道;
高压电极和低压电极采用厚度为0.1mm的双导铜箔胶带。
脉冲电源。高压电极贴在介质的上方,确保能和介质贴合,介质与低压电极之间留有空隙,
为放电区域,构成了板‑板式电极结构,土壤置于板‑板之间,空气从中流过,高压放电产生
的活性粒子与土壤中的POPs反应,修复土壤。本发明提供的介质阻挡放电降解土壤中的
POPs的工艺和设备,可以对土壤进行有效地修复,具有快速,效率高,能耗低等优点。
附图说明
具体实施方式
贴附在介质层的上表面,所述低压电极7贴附在基座的上表面;待处理土壤颗粒和催化剂颗
粒的混合物装填在下低压电极7的上方,且保证混合物与介质层的下表面之间留有供气体
流通的气体流道;
用于测定电流数据,其一端连接低压电极7,另一端通过电容10连接示波器12,示波器12分
别连接低压探头11和高压探头13,其中高压探头13与高压电极3相连获取高压电极的工作
参数,低压探头11与电容10 并联获取电容10上的电压信息。
质是石英玻璃,长度为120mm,宽度为60mm,厚度为2mm,电极的长度为70mm,宽度为60mm,厚
度为0.1mm,
14.5%,空气的流量为1.5L/min,
壤中的POPs进行降解矿化,修复土壤;其中载气为空气。
的降解效率。
来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保
护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。