《GO/PDMS-PU海绵负载Fe_3O_4活化过硫酸盐去除地下水中石油烃的研究》

技术简介：

当今的石油跑冒滴漏造成的污染事件日益增加,严重污染了城市地下水等环境。因此研究出高效耐用的吸油材料应用于地下水石油烃污染修复问题至关重要。四氧化三铁(Fe_3O_4)是高效的还原剂,其比表面积大,反应活性强,对环境中的有机物有很好的去除作用。但由于其在处理污染物时容易形成堆聚,所以在实际应用中存在一定的阻碍。本研究通过制成的新型聚氨酯海绵在新型聚二甲基硅氧烷(PDMS)/氧化石墨烯(GO)中改性得到新型复合石墨烯海绵,考察其对总石油烃(TPH)的吸附能力。进一步并负载Fe_3O_4在过硫酸盐体系中,考察GO/PDMS-PU-PS/Fe_3O_4体系对于氧化TPH的降解能力,将GO/PDMS-PU-PS/Fe_3O_4体系应用于渗透反应格栅(PRB)技术中,考察其对TPH污染地下水的原位吸附降解能力,为未来PRB修复地下水石油烃污染提供了可行性方案。实验主要结论如下。(1)成功制备三种海绵材料。首先成功制备以甘油和水作为引发剂并由TDI自由发泡而成的一种亲油疏水的聚氨酯(PU)海绵,通过单因素实验得出制备PU海绵的最佳条件是在四氢呋喃(PTHF)为15%(占总聚丙二醇的比例)、TDI为40%的条件下,吸附效果为36.9g/g。成功制备出以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为支持的PDMS海绵,吸附效果为32.4g/g。成功制备出改性后的GO/PDMS-PU海绵,吸附量为49.6g/g,油水分离效果高于之前两种材料和市售的PU海绵。在油水系统中,石油烃类可在3-4min内快速吸附,吸附量为42.5g/g并在经过20个吸附循环后,海绵的油水分离能力仍能达到原来的96.10%。(2)探究了GO/PDMS-PU海绵在PS/Fe_3O_4体系中氧化降解石油烃的性能和不同铁基材料对于活化效率的影响进而进一步探究降解机理。石油烃的降解效率在GO/PDMS-PU-PS/Fe_3O_4体系中降解效率得到很大提升。GO因为其优秀的导电性能,加速了Fe_3O_4的电子传递效率,增加了氧化还原的效率达到了理想的降解效率:Fe_3O_4也增强了石油烃与GO/PDMS-PU海绵之间的孔填充作用、GO的堆积作用和电子之间的离子交换作用,从而提高了对石油烃的吸附效率。自由基猝灭实验结果表明,石油烃的降解是由SO_4~-和·OH共同介导的自由基共同作用下进行的。(3)探究了在模拟的浮动地下水体系中,将GO/PDMS-PU作为PRB装置填充材料,考察了TPH在含水层的迁移规律和模拟地下水最佳流速,以及活化PS原位降解TPH污染地下水的能力。实验表明在连续反应8h后,TPH在GO/PDMS-PU-PS/Fe_3O_4体系中的降解率达到82%,位于连续反应墙后方的包气带土壤中TPH的浓度降低,出水pH无明显变化,ORP呈降低趋势后保持稳定,DO逐渐提高后保持稳定,表明GO/PDMS-PU在TPH污染地下水修复中具有较好的应用潜力。

研发人员：沈犇