CN101407358B - 金属过氧化物基氧气缓释复合材料 - Google Patents

金属过氧化物基氧气缓释复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及污染地下水生物修复技术领域，特别涉及金属过氧化物基氧气缓释复合材料及制备方法。将金属过氧化物40％～60％、磷酸钙骨水泥20％～50％、无水硫酸钙1％～3％和黏土5％～10％混合均匀，加水送入造粒机造粒；将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：3～1：10，浸泡1～3分钟后取出，在18～25℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。该复合材料用于污染地下水的修复时，可极大减缓金属过氧化物与水的反应速率，降低金属过氧化物的无谓损失，提高金属过氧化物的使用效率和使用周期。

Description

金属过氧化物基氧气缓释复合材料
技术领域
本发明涉及污染地下水生物修复技术领域，特别涉及金属过氧化物基氧气缓释复合材料及制备方法。 
背景技术
在地下水三大类污染，即有机污染、重金属污染和放射性污染中，有机污染已超过重金属污染和放射性污染，成为当前地下水污染的主要来源。利用微生物新陈代谢作用降解地下水中的有机污染物，因具有费用省、环境影响小、去污能力强，可和其他技术相结合使用等优势，而成为当前污染地下水修复技术研究的热点。在自然条件下，由于地下水中溶解氧的缺乏，会降低微生物对有机污染物的好氧降解效率。金属过氧化物，如过氧化钙、过氧化镁，因具有遇水后释放氧气的特性，而成为当前污染地下水生物修复过程中微生物的主要供氧源。金属过氧化物和水的反应如下式所示： 
2CaO2(或2MgO2)+2H2O→O2+2Ca(OH)2(或2Mg(OH)2) 
金属过氧化物的现场使用通常如下所述：粉末状的金属过氧化物与水混合成浆状，由高压泵注入到待修复的土壤含水层，起到污染地下水生物修复过程中微生物的供氧源作用。由此可以看出，金属过氧化物在注入到含水层前，就会与水反应引起部分损失；同时，由于粉末状的金属过氧化物比表面积很大，会加快金属过氧化物与水的反应，其造成的结果是地下水中的溶解氧含量迅速增加，往往会远远超出地下水中氧气的溶解度，使得多余的氧气以气体形式逸出地下水，而进入地下水水位以上的土壤不饱和区，造成金属过氧化物不能被充分利用而损失，同时造成金属过氧化物很快失去在地下水生物修复过程中的供氧源作用。 
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有污染地下水生物修复过程中，金属过氧化物作为微生物供氧源的缺点，提供一种新颖、高效、经济可行的金属过氧化物基氧气缓释复合材料及制备方法。该复合材料用于污染地下水的修复时，可极大减缓金属过氧化物与水的反应速率，降低金属过氧化物的无谓损失，提高金属过氧化物的使用效率和使用周期。 
本发明的金属过氧化物基氧气缓释复合材料的组成和质量百分比含量如下： 
金属过氧化物    40％～60％； 
磷酸钙骨水泥    20％～50％； 
无水硫酸钙      1％～3％； 
黏土            5％～10％； 
余量为水。 
本发明的金属过氧化物基氧气缓释复合材料主要由金属过氧化物、磷酸钙骨水泥、无水 硫酸钙、黏土和水构成。其中金属过氧化物是指过氧化钙或过氧化镁的任意一种；黏土是指高岭土、膨润土或蒙脱土的任意一种。 
金属过氧化物基氧气缓释复合材料的制备过程如下： 
将金属过氧化物、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和黏土按照一定比例混合均匀，加水送入造粒机造粒；将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：3～1：10，浸泡1～3分钟后取出，在18～25℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
本发明的独特之处就在于将粉末状的金属过氧化物制备成固体颗粒状，降低了比表面积，从而有效减缓了金属过氧化物与水的反应速率，提高了金属过氧化物的使用效率和使用周期，与粉末状金属过氧化物的氧气释放特性相比，本发明金属过氧化物基氧气缓释复合材料的氧气释放速率极大地降低，释放周期提高了10倍以上；同时，磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和黏土的使用，极大提高了金属过氧化物基氧气缓释复合材料的抗压强度，避免了本发明用于地下水环境中时，不会因为水的作用而坍塌粉碎。此外，由于本发明金属过氧化物基氧气缓释复合材料的其他组成均为“绿色”无机盐成分，在使用时不会向地下水环境中引入新的污染物质。 
具体实施方式
实施例1： 
将过氧化钙、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和高岭土混合均匀，加入水后送入造粒机造粒，上述各组分的质量组成如下：过氧化钙为40％；磷酸钙骨水泥为50％；无水硫酸钙为1％；高岭土为5％；水为4％。将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：3，浸泡3分钟后取出，在22℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
实施例2： 
将过氧化钙、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和高岭土混合均匀，加入水后送入造粒机造粒，上述各组分的质量组成如下：过氧化钙为60％；磷酸钙骨水泥为20％；无水硫酸钙为3％；高岭土为10％；水为7％。将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：10，浸泡1分钟后取出，在25℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
实施例3： 
将过氧化钙、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和高岭土混合均匀，加入水后送入造粒机造粒，上述各组分的质量组成如下：过氧化钙为50％；磷酸钙骨水泥为35％；无水硫酸钙为2％；高岭土为8％；水为5％。将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：6，浸泡2分钟后取出，在18℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
实施例4： 
将过氧化钙、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和膨润土混合均匀，加入水后送入造粒机造粒， 上述各组分的质量组成如下：过氧化钙为40％；磷酸钙骨水泥为50％；无水硫酸钙为1％；膨润土为5％；水为4％。将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：3，浸泡3分钟后取出，在22℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
实施例5： 
将过氧化钙、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和蒙脱土混合均匀，加入水后送入造粒机造粒，上述各组分的质量组成如下：过氧化钙为60％；磷酸钙骨水泥为20％；无水硫酸钙为3％；蒙脱土为10％；水为7％。将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：10，浸泡1分钟后取出，在25℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
实施例6： 
将过氧化镁、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和膨润土混合均匀，加入水后送入造粒机造粒，上述各组分的质量组成如下：过氧化镁为40％；磷酸钙骨水泥为50％；无水硫酸钙为1％；膨润土为5％；水为4％。将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：3，浸泡3分钟后取出，在22℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
实施例7： 
将过氧化镁、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙和高岭土混合均匀，加入水后送入造粒机造粒，上述各组分的质量组成如下：过氧化镁为40％；磷酸钙骨水泥为50％；无水硫酸钙为1％；高岭土为5％；水为4％。将所得的固体颗粒浸入丙烯酸—衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸—衣康酸共聚液的质量比为1：3，浸泡3分钟后取出，在22℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。 
通过本发明的金属过氧化物基氧气缓释复合材料和粉末状金属过氧化物的对比研究情况是：粉末状金属过氧化物与水接触的100小时内，水中的溶解氧含量就可达到20mg/L，之后随着金属过氧化物的消耗，水中的溶解氧含量逐渐降低，但仍高于研究温度下的氧气溶解度，整个过程可以观察到有汽泡溢出水体；本发明的金属过氧化物基氧气缓释复合材料在同样条件下，可使水中的溶解氧含量保持在7mg/L左右，且持续释放氧气3个月以上；同时，本发明的金属过氧化物基氧气缓释复合材料的抗压强度可达6.5MPa以上，在水中浸泡3个月后的材料抗压强度基本没有变化。 
本发明提出的金属过氧化物基氧气缓释复合材料及制备方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (1)

1.一种金属过氧化物基氧气缓释复合材料，其特征是原料组成和质量百分比含量如下：
过氧化钙或过氧化镁    40％；
磷酸钙骨水泥          50％；
无水硫酸钙            1％；
高岭土或膨润土        5％；
水                    4％；
或
过氧化钙              50％；
磷酸钙骨水泥          35％；
无水硫酸钙            2％；
高岭土                8％；
水                    5％；
或
过氧化钙              60％；
磷酸钙骨水泥          20％；
无水硫酸钙            3％；
高岭土或蒙脱土        10％；
水                    7％；
将过氧化钙或过氧化镁、磷酸钙骨水泥、无水硫酸钙、高岭土或膨润土或蒙脱土按照上述的比例值混合均匀，加入所述比例的水送入造粒机造粒；将所得的固体颗粒浸入丙烯酸-衣康酸共聚液中，其中固体颗粒与丙烯酸-衣康酸共聚液的质量比为1∶3～1∶10，浸泡1～3分钟后取出，在18～25℃下晾干固化，即得金属过氧化物基氧气缓释复合材料。
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