一种土壤催化剂及其在降解有机污染物中的应用 【技术领域】
本发明涉及一种直接由土壤得到的催化剂的制备方法；本发明还涉及这种土壤催化剂在降解有机污染物中的应用。
背景技术
土壤是生态环境的重要组成部分，是人类社会赖以生存和发展的基础。土壤是由固相(矿物质和有机质等固体物质)，液相(土壤水分)和气相(土壤空气)组成的，由于其中包含各种生物和非生物物质，具有吸附、交换、络合、螯合作用和氧化还原作用，因此具有降解、转化化学污染物和杀死致病微生物的自净能力。以土壤直接作为催剂用于降解有机物污染未见报道。
【发明内容】
本发明的目的是要提供一种从土壤中制备到的催化剂；本发明的另一个目的是这种土壤催化剂在降解有机污染物中的应用。
本发明的目地是这样实现的：一种土壤催化剂，将土壤通过湿热法灭菌后风干，研磨，过200目筛，储存于干燥器中，得到土壤催化剂。
土壤催化剂有机质含量2.14％，酸度5.14，Fe、Mn、Cu、Co、Zn的质量百分含量分别为3.88％、0.37％、0.0070％、0.0035％、0.0072％。
湿热法灭菌时控制温度121℃，，灭菌时间为30min。
土壤催化剂在降解有机污染物中的应用。
本发明提供的土壤催化剂，制备方法简单，充分利用了土壤本身具有的降解、转化化学污染物和杀死致病微生物的自净能力，得到一种降解有机污染物的新方法，能够以较低的成本完成有机污染物的处理。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1SRB随反应时间吸收光谱的变化
[SRB]＝1.50×10-5mol/L，[soil]＝0.20g/L，[H2O2]＝1.50×10-4mol/L，pH＝3.00，vis
利用Soil/H2O2体系降解SRB，体系中SRB吸收光谱变化表明：SRB在565nm处有最大吸收峰，随着反应的进行，其特征吸收峰不断降低，反应240min时，SRB趋于完全脱色。
图2不同体系对SRB的降解
[SRB]＝1.50×10-5mol/L，[soil]＝0.20g/L，[H2O2]＝1.50×10-4mol/L，pH＝3.00
在不同反应条件(Soil/H2O2/vis、Soil/H2O2/dark、Soil/vis、H2O2/vis)下，SRB的降解动力学曲线见图1，从中可见：Soil/H2O2/vis条件下，SRB脱色最快，240min脱色完全，而暗反应条件下，反应60min，脱色率达到25.59％后，脱色速率减慢，240min时，脱色率34.15％，说明可见光照射可明显提高体系对SRB的降解效率；Soil/可见光反应中，SRB几乎不脱色，说明在吸附-脱附平衡后，没有H2O2参与，土壤成分无法氧化降解SRB。
图3催化反应循环
[SRB]＝1.20×10-5mol/L，[soil]＝1.00g/L，[H2O2]＝1.50×10-4mol/L，pH＝3.00
考察了土壤催化剂的稳定性，进行光催化反应SRB的循环降解实验。在下一个循环之前将上一循环的溶液通过自然沉降分离，保留催化剂加入同等量的SRB，吸附脱附平衡之后加H2O2进行下一个循环。土壤催化剂循环使用5次后，仍保持着良好的光催化活性，说明催化剂具有很好的稳定性。
图4SRB降解过程中COD的变化
[SRB]＝3.00×10-5mol/L，[soil]＝0.50g/L，[H2O2]＝3.75×10-4mol/L，pH＝3.00
在选定条件下，SRB反应液10h光反应、暗反应的COD去除率分别为90.44％、56.86％。表明了体系对有机染料的矿化降解，可见光促进了矿化反应。
图5DCP降解的动力学的变化
[2，4-DCP]＝1.00×10-4mol/L，[soil]＝0.20g/L，[H2O2]＝1.50×10-4mol/L，pH＝3.00
soil/H2O2/dark与soil/H2O2/vis体系240min对DCP的去除率分别为：18.59％和80.55％。说明可见光可以促进DCP的氧化降解，由于DCP对可见光并没有吸收，反应中可见光加速降解的机理应该是可见光激发了异相催化剂(土壤)而加速了反应。
【具体实施方式】
实施例：
土壤催化剂制备：将土壤通过湿热法灭菌后风干，研磨，过200目筛，储存于干燥器中，得到土壤催化剂。湿热法灭菌时控制温度121℃，，灭菌时间为30min。
得到的土壤催化剂有机质含量2.14％，酸度5.14，Fe、Mn、Cu、Co、Zn的质量百分含量分别为3.88％、0.37％、0.0070％、0.0035％、0.0072％。
应用该催化剂降解有机污染物：
1、对酸性桃红(Sulforhodamine B，SRB)的脱色，在70mL圆柱形硬质玻璃瓶中依次加入1.5mL SRB(5×10-4mol/L)、10mg土壤，用高氯酸或氢氧化钠调节pH至3.00，定容至50mL，置于暗室搅拌60min以达到吸附-解吸平衡。然后加入100μl H2O2(7.49×10-2mol/L)开始计时，于不同时间间隔用Ep管取样，高速离心，用紫外可见分光光度计在565nm处测量其吸光度值，跟踪测定SRB吸光度值的变化。结果表明，Soil/H2O2/vis体系([SRB]＝1.50×10-5mol/L，[soil]＝0.20g/L，[H2O2]＝1.50×10-4mol/L，pH＝3.00)能有效地降解SRB，反应240min可脱色完全。
2、对SRB的矿化降解，在500mL反应器中，反应体积为200mL，体系条件：[SRB]＝3.00×10-5mol/L，[soil]＝0.50g/L，[H2O2]＝3.75×10-4mol/L，pH＝3.00，可见光照射。用重铬酸钾滴定法(GB 11914-89)测定反应溶液的化学需氧量COD，取20mL定时反应液，加入10mL K2Cr2O7溶液(0.025mol/L)，沸石和30mL H2SO4-Ag2SO4溶液，煮沸冷凝回流2h，冷却后用0.01mol/L(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(使用前用重铬酸钾标定)滴定，换算为反应液COD值。结果表明，Soil/H2O2/vis体系([SRB]＝3.00×10-5mol/L，[soil]＝0.50g/L，[H2O2]＝3.75×10-4mol/L，pH＝3.00)，10h COD去除率达90.44％。
3、对2，4-二氯苯酚(2，4-Dichlorophenol，DCP)的去除，在70mL圆柱形硬质玻璃瓶中依次加入1.0mL DCP溶液(5.00×10-3mol/L)、10mg土壤催化剂，用高氯酸或氢氧化钠调节pH至3.00，定容至50mL，置于暗室搅拌60min以达到吸附-解吸平衡。然后加入100μl 7.49×10-2mol/L的H2O2溶液，计时并开始反应，于不同时间间隔取样，用4-安基安替比林(4-AAP)比色法跟踪DCP量的变化。结果表明，Soil/H2O2/vis体系([2，4-DCP]＝1.00×10-4mol/L，[soil]＝0.20g/L，[H2O2]＝1.50×10-4mol/L，pH＝3.00)反应240min，DCP的去除率达到80.55％。