本發(fā)明涉及地下水修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭。
背景技術(shù)：
原位化學(xué)氧化是近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外較為推崇的一種土壤和地下水快速修復(fù)技術(shù)，常用的化學(xué)氧化劑有臭氧、過(guò)氧化氫、高錳酸鹽、Fenton試劑和過(guò)硫酸鹽。在實(shí)際場(chǎng)地工程修復(fù)應(yīng)用中，氧化劑主要是以溶液形式直接注入地下水環(huán)境中，修復(fù)初期效果顯著，但由于溶液形式的氧化劑進(jìn)入地下水環(huán)境后無(wú)方向的快速分散，使得地下修復(fù)區(qū)域的氧化劑分配不足，導(dǎo)致修復(fù)中后期效率較低，修復(fù)效果較差。為此，研制氧化劑的緩釋材料可以有效解決上述問(wèn)題。
與其他氧化劑相比，過(guò)硫酸鹽在常態(tài)下更穩(wěn)定、易運(yùn)輸、易溶于水、易傳質(zhì)，有廣泛的pH應(yīng)用范圍等性質(zhì)，能很好地適應(yīng)原位化學(xué)氧化的發(fā)展要求；特別是過(guò)硫酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為2.01V，接近于臭氧，大于高錳酸鉀和過(guò)氧化氫，是一種廣譜高效氧化劑。因此，將過(guò)硫酸鹽作為氧化劑制備成緩釋材料時(shí)，可以更加有效的原位氧化降解污染物，提高地下水修復(fù)能效。
基于過(guò)硫酸鹽的原位化學(xué)氧化技術(shù)往往作為一種污染場(chǎng)地修復(fù)預(yù)處理手段，用于污染物濃度相對(duì)較高的污染場(chǎng)地前期修復(fù)，以便使得污染物濃度逐步降低，滿足污染場(chǎng)地后期原位生物修復(fù)、自然衰減修復(fù)的技術(shù)需要。另外，作為過(guò)硫酸鹽氧化技術(shù)本身，過(guò)硫酸鹽與污染物之間存在有效濃度比例，一般兩者摩爾濃度比需要達(dá)到20-100:1，才能有效降解污染物。因此，基于過(guò)硫酸鹽原位氧化的技術(shù)適用性和實(shí)際工程修復(fù)角度，要求過(guò)硫酸鹽緩釋材料具有相對(duì)較高、且更為寬泛的緩釋速率，以便適應(yīng)不同污染物濃度地下水的原位氧化修復(fù)。
但從現(xiàn)有公布的過(guò)硫酸鹽類(lèi)氧化劑緩釋材料性能看，技術(shù)指標(biāo)往往以獲取較低的過(guò)硫酸鹽釋放速率、較小的過(guò)硫酸鹽釋放量和更長(zhǎng)的使用壽命為目的，例如：過(guò)硫酸鹽釋放速率為0.1-0.6 mg/d/g，過(guò)硫酸鹽釋放量為0.5-250mg/d，使用壽命為1-10年。因此，現(xiàn)有過(guò)硫酸鹽緩釋材料與過(guò)硫酸鹽氧化技術(shù)工程應(yīng)用本身還存在許多不適應(yīng)性。此外，過(guò)低的過(guò)硫酸鹽釋放速率，勢(shì)必增大原位可滲透反應(yīng)墻的尺寸和過(guò)硫酸鹽緩釋劑的工程用量，進(jìn)而增大修復(fù)技術(shù)工程投資。
氧化劑作為地下水原位化學(xué)氧化修復(fù)的核心組件，在實(shí)際工程修復(fù)應(yīng)用中，需要根據(jù)地下水的污染程度、修復(fù)目標(biāo)，以及緩釋劑的壽命，定期更換緩釋氧化劑。因此，緩釋氧化劑的便于拆卸更換性、可回收再利用性，成為氧化劑緩釋材料工程應(yīng)用中需要考慮的其他問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決上述背景技術(shù)中的問(wèn)題和不足，提供一種緩釋速率范圍更為寬泛、緩釋劑量更高的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，以便適用于不同類(lèi)型有機(jī)污染場(chǎng)地地下水的原位氧化修復(fù)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，為圓柱狀，由質(zhì)量百分比為15%-35%的氧化劑、5%-35%的分散劑和30%-80%的凝固劑組成。
所述的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，氧化劑為過(guò)二硫酸鹽，可以是過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈣和過(guò)硫酸銨中的一種或多種按照任意比例混合后得到的混合物，作為優(yōu)選，所述氧化劑為純度≥99%，粒度為50目-140目的過(guò)硫酸鈉。
所述的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，分散劑為粒度為20目-100目的粉煤灰。
所述的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，凝固劑為熔點(diǎn)在50℃-64℃范圍內(nèi)的全精煉石蠟。
所述的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭的形狀為直徑為1.5 cm - 4cm，長(zhǎng)度為5-15cm的圓柱形。
所述的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，過(guò)硫酸鹽釋放速率為0.3 mg/d/g -12mg/d/g。
所述的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，過(guò)硫酸鹽釋放量為7mg/d -2866mg/d。
所述的一種用于原位修復(fù)地下水的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，過(guò)硫酸鹽緩釋壽命為28d-480d。
本發(fā)明提供的制備上述過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭的方法，主要步驟為：
（1）將凝固劑：全精煉石蠟、質(zhì)量比30%-80%，置于500 mL燒杯中，將燒杯置于70℃-75℃的恒溫水浴鍋中，加熱直至凝固劑完全熔化；
（2）將氧化劑：過(guò)硫酸鈉、質(zhì)量比15%-35%，分散劑：粉煤灰、質(zhì)量比5%-35%，順序加入已經(jīng)完全熔化的凝固劑中；
（3）將上述過(guò)硫酸鹽緩釋材料混合體在恒溫電動(dòng)磁力攪拌機(jī)中，150r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min，并在恒溫超聲清洗機(jī)中超聲攪拌20min；
（4）將上述充分混合的過(guò)硫酸鹽緩釋材料混合體迅速倒入直徑為1 cm - 4cm，長(zhǎng)度為5-15cm的圓柱形蠟燭模具內(nèi)；
（5）待過(guò)硫酸鹽緩釋材料混合體冷卻成型后，從模具中取出，放在18℃-25℃室溫通風(fēng)處，陰涼18-36h，待其充分冷卻后即得到過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭樣品。
本發(fā)明提供的過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到緩釋壽命后，原料可重新回收再利用，具體步驟為：將失效的緩釋蠟燭至于70℃-75℃的恒溫容器內(nèi)，直至蠟燭完全熔化，然后靜止沉淀30min，溶液為凝固劑，下層分離物為分散劑，重新回收后的凝固劑和分散劑可重新用于制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明首次提出采用過(guò)硫酸鹽、粉煤灰和石蠟共同制備過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，其中：過(guò)硫酸鹽作為氧化劑，粉煤灰作為分散劑，石蠟作為凝固劑。
（2）本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)氧化劑劑量、分散劑與凝固劑之間配比，以及分散劑粒度，控制緩釋蠟燭的緩釋通道大小，進(jìn)而控制緩釋蠟燭的緩釋速率、緩釋壽命范圍；本發(fā)明可以提供不同緩釋速率和緩釋壽命的過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭，從而適應(yīng)不同污染程度的和范圍的地下水修復(fù)工程。
（3）本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)硫酸鹽緩釋蠟燭的形狀和規(guī)格大小，制備成利于更換的氧化劑模塊組件，并用于不同的修復(fù)場(chǎng)景。
（4）本發(fā)明可以與不同過(guò)渡金屬離子、氧化劑激活劑配合使用，對(duì)于原位氧化修復(fù)苯系物、多環(huán)芳烴、甲基叔丁基醚等石油烴污染地下水具有較好的修復(fù)效果和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
（5）本發(fā)明在達(dá)到使用壽命后，便于更換，而且分散劑、凝固劑可以回收，重新用于制備緩釋材料。
（6）本發(fā)明所用的原料價(jià)格低廉，其中：石蠟、粉煤灰可以重復(fù)利用，生產(chǎn)成本較低，適于全面推廣和應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋。
實(shí)施例1
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例15%，5.3g；分散劑：粉煤灰，50目-100目，質(zhì)量比例5%，2.3g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)58℃，質(zhì)量比例80%，30.5g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑2cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：64天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為0.3 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為11.45mg/d，測(cè)算緩釋壽命為467d。
實(shí)施例2
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例15%，3g；分散劑：粉煤灰，50目-100目，質(zhì)量比例5%，1.3g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)58℃，質(zhì)量比例80%，17.2g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑1.5cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：64天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為0.34 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為7.3mg/d，測(cè)算緩釋壽命為411d。
實(shí)施例3
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例20%，8.6g；分散劑：粉煤灰，50目-100目，質(zhì)量比例10%，4.3g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)60℃，質(zhì)量比例70%，30.2g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑2cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：64天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為0.7 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為30.22mg/d，測(cè)算緩釋壽命為285d。
實(shí)施例4
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例25%，12g；分散劑：粉煤灰，50目-100目，質(zhì)量比例15%，7.2g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)60℃，質(zhì)量比例60%，28.9g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑2cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：64天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為1.6 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為77.24mg/d，測(cè)算緩釋壽命為156d。
實(shí)施例5
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例25%，12g；分散劑：粉煤灰，20目-40目，質(zhì)量比例15%，7.2g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)60℃，質(zhì)量比例60%，28.9g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑2cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：64天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為2.3 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為111.04mg/d，測(cè)算緩釋壽命為108d。
實(shí)施例6
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例35%，19.5g；分散劑：粉煤灰，50目-100目，質(zhì)量比例20%，11.1g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)60℃，質(zhì)量比例45%，25.1g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑2cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：36天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為5.8 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為323.26mg/d，測(cè)算緩釋壽命為60d。
實(shí)施例7
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例35%，22.4g；分散劑：粉煤灰，32目-60目，質(zhì)量比例35%，22.4g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)64℃，質(zhì)量比例30%，19.2g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑2cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：16天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為12.1 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為767.73mg/d，測(cè)算緩釋壽命為29d。
實(shí)施例8
按照下面的氧化劑、分散劑、凝固劑的質(zhì)量百分比例、規(guī)格，以前述步驟制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭。氧化劑：過(guò)硫酸鈉，100目，質(zhì)量比例35%，89.6g；分散劑：粉煤灰，32目-60目，質(zhì)量比例35%，89.6g；凝固劑：全精煉石蠟，熔點(diǎn)64℃，質(zhì)量比例30%，76.8g；所制備過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭規(guī)格為：直徑4cm，長(zhǎng)度10cm。采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的NEN7375標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)硫酸鈉緩釋蠟燭進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并取樣測(cè)試過(guò)硫酸鈉濃度，分析其釋放性能。結(jié)果表明：16天內(nèi)過(guò)硫酸鈉的平均釋放速率為11.2 mg/d/g ，計(jì)算平均釋放量為2866.19mg/d，測(cè)算緩釋壽命為31d。
以上所述實(shí)施方式僅為本發(fā)明諸多實(shí)施方式中的幾種，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)，任何本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。