一种锰矿物氧化降解水中有机磷酸酯的方法

专利2025-11-26  5


本发明属于环境修复,具体涉及一种锰矿物氧化降解水中有机磷酸酯的方法。


背景技术:

1、有机磷酸酯(opes)是一类以磷酸基团为基础,3个氢被其他基团所取代的化合物,具有潜在的致癌、神经毒素、生殖毒性和内分泌干扰等特性。自从多氯联苯类和多溴联苯醚类阻燃剂逐步被世界各国禁止使用后,opes作为阻燃剂和增塑剂被广泛应用于塑料、纺织品、电子设备甚至建筑材料中。目前全球大气、水体、土壤、室内灰尘、降雪等多种环境介质中均已检测到opes,甚至在人烟稀少的南北极也检测出opes,证明其具有持久性和长距离传输性。研究表明,opes可以通过摄入,吸入和皮肤接触等方式进入人体或通过食物链进行迁移,对人类健康产生风险。

2、opes依据侧链基团的不同可以大致分为三大类:带烷基的opes、带卤代烷基的opes和带苯基的opes。由于不同opes取代基不同,理化性质差异也很大。但结构相似的opes在水中的溶解度与相对分子质量成反比,随着opes相对分子量的增加,其疏水性通常逐渐增强,蒸气压随之降低。水解是环境中opes很重要的自然转化途径,尤其是在ph 11.0-13.0的碱性条件下或在金属矿物(如针铁矿、水铁矿等)催化作用下,opes更容易水解。

3、目前有机磷酸酯的修复技术主要有高级氧化法、光催化降解和微生物降解等,如cn 114426359公开了一种通过钛酸铁在紫外光照下活化过硫酸盐去除水体中的氯代有机磷酸酯的方法,cn116748285a公开了一种通过高温释放二氧化铈中的氧进而形成活性氧物种,在无火焰燃烧和活性氧物种的共同作用下,高效分解有机磷酸酯危废的方法。这些处理方法虽然降解效率较高,但处理工艺复杂,反应条件较为苛刻,且处理成本高。因此,有必要寻找一种反应条件温和,价格低廉,高效环保的有机磷酸酯修复方法。

4、氧化锰矿物是自然界中催化能力最强的金属氧化物,土壤和沉积物环境中常见的氧化锰矿物有水钠锰矿、软锰矿、锰钾矿等。与其他常见的氧化剂如高锰酸钾、臭氧、过氧化氢等相比,氧化锰矿物也具有较强的氧化能力,能够直接氧化降解苯酚、苯胺、农药等环境污染物。由于氧化锰物具有催化活性高、表面积大、易同晶替代等特性,常被作为吸附剂、催化剂和氧化剂用于高效修复自然水体、污水、土壤及沉积物中的无机和有机污染物。水钠锰矿、软锰矿等锰矿物可以通过自由基氧化、亲核加成、催化水解等降解机理,氧化降解土壤、水体中的有机大分子,甚至彻底矿化有机污染物。


技术实现思路

1、解决的技术问题:本发明针对环境中有机磷酸酯的去除问题,提供了一种快速高效、操作简单易行、无二次污染的利用锰矿物氧化降解有机磷酸酯中的应用。

2、技术方案:锰矿物在氧化降解水中有机磷酸酯中的应用。

3、锰矿物在制备氧化降解水中有机磷酸酯产品中的应用。

4、优选的,上述锰矿物为水钠锰矿。

5、优选的,上述有机磷酸酯为磷酸三苯酯。

6、具体方法为:调节有机磷酸酯水溶液ph值至4.0~7.0,加入水钠锰矿后振荡,水钠锰矿在反应体系中的浓度为1.0~5.0g/l。

7、优选的,上述振荡温度为30℃。

8、优选的,上述振荡速度为150r/min。

9、优选的,上述振荡时间为72h。

10、本发明利用氧化锰矿物产生羟基自由基和单线态氧降解去除水中有机磷酸酯的方法,通过调节有机磷酸酯水溶液ph值为4.0~7.0,氧化锰矿物为水钠锰矿,其在反应体系中的浓度为1.0~5.0g/l,有机磷酸酯为带苯基的磷酸三苯酯(tphp)、带烷基的磷酸三乙脂(tep)和磷酸三异丙酯(tipp)盒带氯代烷基的磷酸三(2-氯乙基)酯(tcep)和磷酸三(1-氯-2-丙基)酯(tcipp),共存的背景离子为na+、ca2+、mn2+、hpo42-或hco3-,振荡适宜温度为30℃,振荡的适宜速度为150r/min,振荡的适宜时间为72h。

11、有益效果:本发明在应用于ph=6.0的磷酸三苯酯(tphp)污染水体修复中,水钠锰矿添加量为2.0g/l,反应温度为30℃,振荡速率为150r/min,振荡时间为72h,水钠锰矿对tphp的降解率达100%。采用捕获剂二甲基吡啶氮氧化物(dmpo)和4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶(temp)对反应过程中的活性氧物种进行捕获,通过电子自旋共振仪(epr)检测到反应过程中存在羟基自由基和单线态氧,表明水钠锰矿主要通过氧化作用降解去除水中的有机磷酸酯。



技术特征:

1.锰矿物在氧化降解水中有机磷酸酯中的应用。

2.锰矿物在制备氧化降解水中有机磷酸酯产品中的应用。

3.根据权利要求1或2所述的应用,其特征在于,所述锰矿物为水钠锰矿。

4.根据权利要求1或2所述的应用,其特征在于,所述有机磷酸酯为磷酸三苯酯。

5.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,具体方法为:调节有机磷酸酯水溶液ph值至4.0~7.0,加入水钠锰矿后振荡,水钠锰矿在反应体系中的浓度为1.0~5.0g/l。

6.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述振荡温度为30 ℃。

7.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述振荡速度为150 r/min。

8.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,所述振荡时间为72 h。


技术总结
一种锰矿物氧化降解水中有机磷酸酯的方法,调节有机磷酸酯水溶液pH值至4.0~7.0,加入水钠锰矿后振荡,水钠锰矿在反应体系中的浓度为1.0~5.0g/L。该方法利用水钠锰矿作为氧化剂,在pH 4.0~7.0范围内快速高效降解水中有机磷酸酯,起到修复去除土壤溶液和水体中有机磷酸酯阻燃剂污染物的作用。该方法主要通过水钠锰矿产生的羟基自由基和单线态氧对有机磷酸酯进行氧化降解,是一种快速高效、操作简单易行、无二次污染的去除水中有机磷酸酯的方法。

技术研发人员:赵玲,李承骏,滕应,李忠元,孙毅,骆永明
受保护的技术使用者:中国科学院南京土壤研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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