石油烃的降解研究进展

石油烃的降解研究进展

郭斌

湖南工程学院化学化工学院

摘要：土壤中含有大量的石油烃类污染物质的存在，主要包括烃类、烯烃类、环烷烃类以及芳香烃类。传统的物理、化学方法难以使土壤中石油烃类污染物完全地降解，而光催化、光化学以及微生物等方法不但可以使土壤中石油烃类污染物质完全降解，而且还有高效、经济、无二次污染以及应用范围广等优点。本文主要从光催化降解、光化学降解以及微生物降解这三个方面去研究石油烃的降解进展。

关键词：光催化；光化学；微生物；降解；石油烃

The degradation of oil hydrocarbon research progress

Guo bin

Hunan Institute of Engineering

Abstract: soil contains a large number of petroleum hydrocarbons existence of pollutants, mainly including the hydrocarbons, olefins kind, cycloparafin hydrocarbon kind and aromatic hydrocarbons. The traditional physical and chemical methods are hard to soil petroleum hydrocarbons pollutants completely degradation, and light catalysis, photochemical and microorganism method not only can make a soil petroleum hydrocarbons pollutants completely degradation, and there are efficient, economy, no secondary pollution and application range, etc. This article mainly from the photocatalytic degradation, photochemical degradation and microbial degradation of the three aspects to study the degradation of petroleum hydrocarbon progress.

Key words:photochemical catalysis；photochemistry；microorganism；degradation；Petroleum hydrocarbon

前言

随着人们对能源的需求不断增大，石油的开采、炼制和运输量逐年增加，每年都会有大量的石油流入土壤中，日常工业生产过程中也会造成石油烃类物质的污染。石油烃类物质大多具有毒性，有长期毒性，甚至致癌，并且这些石油烃类物质难以降解。它们如果长时间积累在土壤中，会给生态系统带来严重的危害。一般的传统降解方法不能有

效地降解石油烃类污染物，国内外现在采用光催化、光化学以及微生物等方法来降解石油烃类污染物，这些方法具有高效、价格低廉且没有二次污染。若能有效地将这些方法运用到土壤环境中石油烃类污染物的降解，将会给社会带来很大的效益。

1 石油烃污染物的来源

目前，随着社会的不断发展和进步，石油作为一种重要的能源，它的应用范围不断拓展，消耗量日趋增加，其所带来的问题也严重的影响了整个生态环境。石油烃污染物主要来源有：在石油勘探开发、储运及加工过程中均可能有大量石油烃类物质洒落于地表，如果未得到合理处理便可能对环境产生直接污染。泄油事故、工业废油排放、油挥发物沉降及利用含矿物油污水进行灌溉等也是造成石油烃直接污染的原因。大气中烃类污染物的污染源主要包括交通源(汽车尾气，轮胎、路面磨损产生的沥青颗粒及路面扬尘)、庭烹调、香烟、垃圾焚烧、工业活动、燃煤和生物质燃烧以及高等植物或低等生物生物化学成因等。其中化石燃料及其它有机物不完全燃烧产物是大气中烃类污染物的主要来源。大气中的烃类污染物主要通过干、湿沉降直接进入沉积物或土壤，或进人水体后通过吸附等作用进入沉积物和土壤中[1]。

2 石油烃污染物的化学组成成分

石油烃类污染物主要是由烃类组成的复杂混合物，主要包括烃类、烯烃类、环烷烃类以及芳香烃类等，其主要元素是C、H、S、N、O，此外还含有微量的Fe、Ni、V、Cu等金属元素。

表1.1 石油烃类污染物的主要成分

烷烃环烷烃芳香烃含硫化合物含氮化合物含氧化合物直链烷烃烷基环戊烷烷基苯硫醇环烷酸吡啶

支链烷烃烷基环己烷单环芳烃硫醚脂肪酸吡咯

多环芳烃二硫化物酚喹啉

稠环芳烃噻吩噻吩胺

3 石油烃污染物的性质及危害

3.1 对人及动物的毒性危害

石油烃类污染物中的芳香烃类物质对人及动物的毒性极大，尤其是双环和三环为代表的多环芳烃毒性更大；低浓度的低沸点饱和烃具有麻醉作用，高浓度是能损害细胞和

低等动物，非烃类化合物的毒性与芳烃化合物相当[2]。多环芳烃类物质可以通过呼吸、皮肤接触、饮食摄入等方式进入人或动物体内，影响其肝、肾等器官的正常功能，甚至引起癌变[3,8]。

3.2 对土壤环境的危害

石油烃类污染物黏着力强且乳化能力低，所以粘附在土壤中的石油烃类污染物大部分不会随土壤水上下移动。他们与土壤中的土粒粘连，影响土壤的通透性，而土壤表层常是农作物根系最发达的区域，所以石油烃类物质对土壤的污染程度直接影响着农作物的生长情况。大量的石油烃类污染物进入土壤，对土壤微生物有抑制作用，对土壤酶活性也有抑制作用。

3.3 对作物的危害

土壤的石油烃类物质对农作物的污染主要有两个方面：第一，石油烃类污染物黏着在植物根表面，阻碍根系的呼吸和对水分、养分的吸收，引起根系腐烂，造成植物的死亡；第二，石油烃类物质的某些成分可以在植物的食用部分形成积累，不仅影响食品的质量，而且可通过食物链对人类健康产生危害。

4 石油烃的降解研究

4.1 光催化降解石油烃

4.1.1光催化降解石油烃类物质的机理

光催化作用是通过固体半导体的光激发使化学反应速率加快。当光能大于半导体的“禁带”能时, 在半导体的表面将生产电子一空穴对, 半导体表面吸附的各种物质在其表面发生氧化一还原反应。氧分子俘获电子形成O2-, 空穴的氧化能力较强, 直接与有机分子发生反应或半导体表面吸附的OH-及H2O反应形成·OH、O22-，因·OH、O22-是很强的氧化剂, 很容易进一步和有机物发生氧化反应。具体到石油烃氧化机理为：

4.1.1.1 脂肪烃氧化机理[9]

光激发半导体所产生的·OH 将脂肪烃氧化为醇, 进一步氧化为醛、酸, 最后脱羧生成CO2,其反应步骤如下:

R-CH2CH3+2·OH→RCH2CH2OH

RCH2CH2OH→RCH2CHO+H2