[发明专利]一种粒径可控的纳米过氧化钙改性方法

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及地下水污染的修复技术，具体为一种粒径可控的纳米过氧化钙改性方法。

背景技术

近年来地下水污染已成为关注的焦点，据统计，我国大约有90%的地下水正在遭受着不同程度的污染^[1]。而地下水是北方地区很多城市的饮用水源。地下水污染已严重威胁到人类的健康。地下水污染的原因主要是工业污染，工业废水不经处理，直接排入地下蓄水层造成污染；受到污染的地表水浸入到地下含水层中；以农业为主的地区过度使用农药物质，经土壤渗人到地下水层中。污染的结果是使地下水中大量含有对人体有害的成分如：酚类，重金属，石油和石油化工产品。而这些物质大多数都具有“三致”（致畸、致癌、致突变）作用，对人体健康和工农业生产都有不可逆转的危害。

修复地下水污染的方法一般分为原位修复技术和异位修复技术，异位修复技术因其工程量大，处理费用较高，对现场环境的破坏较大等因素在实际应用中受到了限制。而原位修复技术因其对污染区域周边的生态环境扰动较小，处理费用相对较低等优点，近年来广泛应用于地下水污染修复。在地下水原位修复技术中应用最多的是可渗透反应墙（PRB）技术和原位化学修复技术（ISCO）。而原位化学修复因其修复周期短，处理效率较高，处理费用较低等特点优于可渗透反应墙技术。原位化学修复技术是将氧化剂导入到受污染的水层中，通过氧化还原反应来除去地下水中的污染物质。目前使用最多的氧化剂是高锰酸盐，双氧水，过硫酸盐，过氧化钙等具有较强氧化性的氧化剂。高锰酸盐在修复石油类污染的地下水化学修复中，因其半衰期较长，所以其氧化作用也相对较弱。双氧水因其在高浓度时会大量发生歧化反应生成氧气而失去氧化作用，且其发生作用的pH在3以下，对环境的pH要求较高。过硫酸盐具有较高的氧化性，但在其修复过程中会产生二级污染。而过氧化钙因其无二次污染，价格低廉等优点，近年来被广泛应用于地下水污染治理中。过氧化钙被称为“固体”过氧化氢，因其与水反应会生成H₂O₂，其产量高达0.47gH₂O₂/gCaO₂^[2]，且可以通过控制过氧化钙的溶解度来控制过氧化氢的产量。因此，过氧化钙在原位化学修复技术中是一种更为有效的氧化剂。

过氧化钙是一种兼具释氧性和氧化性的环境友好材料，最初用于农业种植，水产养殖，食品和医疗行业，近年来也被用于环境介质修复中。过氧化钙作为一种环境友好型氧化剂在氧化污染物的同时不会给周围的环境带来不利的影响，反而由于其与水反应发生氧气，增大了环境介质中的氧含量，从而改善了微生物的生存环境，一并促进了微生物对一些污染物的降解，提高了修复效率。但传统过氧化钙在一些实际应用实施例中因其颗粒较大，易团聚，易堵塞管道等现象限制了其在地下水修复中的广泛应用。对过氧化钙进行纳米改性可降低传统过氧化钙的粒径，提高其比表面积，且纳米级的过氧化钙颗粒不易团聚，分散性好，和污染物的接触位点增加，反应速率加快，缩短了修复周期且可以减少用量，进而修复成本也会随之降低^[3]。

本专利落实于纳米级过氧化钙合成过程中的粒径控制研究，以期提供一种过氧化钙粒径控制的制备方法。现有公布的专利中虽有提供过氧化钙的纳米改性方法，但制备的过氧化钙粒径分布较不均匀，且均未涉及纳米级过氧化钙制备的粒径控制问题，并且利所提供的纳米改性方法需过滤或者对原材料进行加工，制备过程较为复杂，若应用于工业化生产中必将增加生产成本，不适合大规模的工业化生产。本专利通过一系列对比研究，最终确定聚乙烯吡咯烷酮是一种合成过程控制纳米过氧化钙粒径的优良分散剂，可有效控制生成过氧化钙颗粒的粒径，并且可以应用于大规模的工业化生产。

[1] 金铭. 中国地下水污染危机，生态经济，2013,5期，12-17；

[2] Nrthup A, Cassidy D. Calcium peroxide (CaO₂) for use in modified Fenton chemistry [J]. Journal of Hazardous Material, 2008,152: 1164-1170；

[3] Zhang Wei-xian, Bethlehem. Preparation and use of nano size peroxide particles: US 0100928 A1, 2011。

发明内容