一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛技术领域
本发明涉及地下水修复技术领域，具体是一种原位氧化修复地下水的零价铁激活
过硫酸盐缓释蜡烛。
背景技术
原位化学氧化（ISCO）修复技术是治理地下水污染的重要修复技术，常用的化学氧
化药剂有臭氧、Fenton 试剂、过氧化氢、高锰酸盐和过硫酸盐等，其中过硫酸盐由于其强大
的氧化能力，稳定持久的作用效果、广泛的 pH适用性而备受关注。过硫酸盐在一般条件下
相对较为稳定，其单独使用效果不明显，但在加热、过渡金属离子、强碱性环境等常见的活
化条件下，能产生强氧化性的硫酸根自由基，其标准氧化还原电位为2.6V，可降解大部分的
有机污染物。
与其他过渡金属离子（Co、Mn、Ag）相比，亚铁盐廉价易得且高效无毒，成为目前研
究最为广泛的激活过硫酸盐的过渡金属离子，现有的研究表明：在常温常压下，零价铁、亚
铁、三价铁、以及磁铁矿、赤铁矿、硫化亚铁和黄铁矿等含铁矿物均可催化过硫酸盐产生强
氧化性的硫酸根自由基，从而降解水体中的有机污染物，例如：氯代烃、硝基苯、石油烃等。
但在利用亚铁激活过硫酸盐时，亚铁与过硫酸盐反应产生硫酸根自由基的速度过快，不利
于硫酸根自由基与有机污染物反应：而且体系中会发生亚铁与硫酸根自由基的反应，此时
过量的亚铁成为硫酸根自由基的抑制剂，严重阻碍原位氧化修复效率。
故有学者提出用零价铁代替亚铁提供亚铁离子，从而激活过硫酸盐。在酸性和近
中性的条件下，零价铁可以缓慢释放亚铁离子，从而控制溶液中亚铁离子的含量，减少副反
应的发生，提高过硫酸盐利用率，经过相关研究证明上述措施是可行且有效的。另外，零价
铁本身就是还原反应的还原剂，可以单独还原降解有机污染物。但使用零价铁（特别是纳米
零价铁）时，铁颗粒很容易团聚，从而影响了其在地下水中的传输和反应活性。研究表明采
用Tween-20、活性炭、聚乙烯醇等材料包覆纳米零价铁可进行持续有效的激活过硫酸盐。
在实际污染场地地下水修复工程应用中，过硫酸盐氧化剂主要是以溶液形式直接
注入地下水环境中，修复初期效果显著，但由于溶液形式的氧化剂进入地下水环境后无方
向的快速分散，使得地下修复区域的氧化剂分配不足，导致修复中后期效率较低，修复效果
较差。研究者利用过硫酸盐、水泥、砂子以及过硫酸盐、石蜡制备过硫酸盐缓释材料来解决
过硫酸盐无序、快速扩散等问题。
现在尚无利用零价铁激活剂和过硫酸盐氧化剂协同缓释氧化修复地下水的相关
材料与方法。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术中的问题和不足，提供一种原位氧化修复地
下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛。
为实现上述目的，本发明提供的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐
缓释蜡烛，为圆柱状，由相等直径、相等高度的氧化剂缓释层和激活剂缓释层顺序熔连而
成。
所述的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，氧化剂缓释层
由质量百分比为15%-35%的氧化剂、5%-35%的分散剂和30%-80%的凝固剂组成。
所述的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，激活剂缓释层
由质量百分比为65%-75%的激活剂、5%-15%的分散剂和15%-25%的凝固剂组成。
所述的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，氧化剂为过二
硫酸盐，是过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸钙和过硫酸铵中的一种或多种按照任意比例混合后
得到的混合物，作为优选，所述氧化剂为纯度≥99%，粒度为50目-140目的过硫酸钠。
所述的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，激活剂由质量
比为8-11:1的零价铁粉和高铁粉煤灰组成。
所述的零价铁粉为粒度为60目-100目的零价铁粉。
所述的高铁粉煤灰为铁含量（以Fe2O3计）为35%-50%，粒度为100目-150目的粉煤
灰。
所述的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，分散剂为粒度
为20目-100目的粉煤灰。
所述的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，凝固剂为熔点
在50℃-64℃范围内的全精炼石蜡。
所述的一种原位氧化修复地下水的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，零价铁激活过
硫酸盐缓释蜡烛为直径为1.5 cm - 4cm，长度为5-15cm的圆柱形。
本发明提供的制备上述零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛的方法，主要步骤为：
1.氧化剂缓释层制备
（1）将凝固剂：全精炼石蜡、质量比30%-80%，置于500 mL烧杯中，将烧杯置于70℃-75℃
的恒温水浴锅中，加热直至凝固剂完全熔化；
（2）将氧化剂：过硫酸钠、质量比15%-35%，分散剂：粉煤灰、质量比5%-35%，顺序加入已
经完全熔化的凝固剂中；
（3）将上述氧化剂缓释材料混合体在恒温电动磁力搅拌机中，150r/min转速搅拌
10min，并在恒温超声清洗机中超声搅拌20min；
（4）将上述充分混合的氧化剂缓释材料混合体迅速倒入直径为1 cm - 4cm，长度为5-
15cm的圆柱形蜡烛模具内；
（5）待氧化剂缓释材料混合体冷却成型后，从模具中取出，放在18℃-25℃室温通风处，
阴凉18-36h，待其充分冷却后即得到氧化剂缓释层样品。
2.激活剂缓释层制备
（1）将凝固剂：全精炼石蜡，质量比30%-80%，置于500 mL烧杯中，将烧杯置于70℃-75℃
的恒温水浴锅中，加热直至凝固剂完全熔化；
（2）将激活剂剂：质量比65%-75%，零价铁粉与高铁粉煤灰的质量比为8-11:1；分散剂：
粉煤灰，质量比5%-15%；顺序加入已经完全熔化的凝固剂中；
（3）将上述激活剂缓释材料混合体在恒温电动磁力搅拌机中，150r/min转速搅拌
30min，并在恒温超声清洗机中超声搅拌20min；
（4）将上述充分混合的激活剂缓释材料混合体迅速倒入直径为1 cm - 4cm，长度为5-
15cm的圆柱形蜡烛模具内；
（5）将圆柱形蜡烛模具迅速至于冰水浴中静止30min，待激活剂缓释材料混合体冷却成
型后，从模具中取出，即得到激活剂缓释层样品。
3.熔连成型
（1）将氧化剂缓释层、激活剂缓释层根据需要分别切割成1-5cm长度。
（2）将氧化剂缓释层放置于直径为1 cm - 4cm，长度为5-15cm的圆柱形蜡烛模具
内，迅速滴入少量已经熔化的全精炼石蜡，然后将同规格的激活剂缓释层放入圆柱形蜡烛
模具内；
（3）再迅速滴入少量已经熔化的全精炼石蜡，然后再放入氧化剂缓释层、少量已经熔化
的全精炼石蜡、激活剂缓释层等，直至氧化剂缓释层、激活剂缓释层放完，并且数量一致；
（4）待氧化剂缓释层、激活剂缓释层连接体冷却成型后，从模具中取出，放在18℃-25℃
室温通风处，阴凉18-36h，待其充分冷却后即得到零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛样品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明首次提出采用过硫酸盐、零价铁粉、高铁粉煤灰、粉煤灰和石蜡共同制备零
价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛，其中：过硫酸盐作为氧化剂，零价铁粉和高铁粉煤灰作为激活
剂，粉煤灰作为分散剂，石蜡作为凝固剂。
（2）本发明施用于污染地下水时，激活剂缓释层以可控速度向地下水环境中释放
亚铁离子，氧化剂缓释层以可控速度向地下水环境中释放过硫酸根离子，亚铁离子激活过
硫酸根离子定量产生硫酸根自由基，用于原位氧化有机污染物。
（3）零价铁粉可为缓释蜡烛内部提供还原环境，防止产生三价铁离子，进而避免析
出氢氧化铁沉淀，提高地下修复区域的防止堵塞能力。高铁粉煤灰含有大量磁铁矿，高铁粉
煤灰具有促进激活过硫酸盐能力，可有效提高缓释蜡烛持续有效的原位氧化能力。
（4）本发明可以通过调节氧化剂量、激活剂剂量、分散剂与凝固剂之间配比，以及
分散剂粒度，控制缓释蜡烛的缓释通道大小，进而控制缓释蜡烛的硫酸根自由基的产生浓
度，从而适应不同污染物浓度和修复目标的地下水原位氧化修复。
（5）本发明适用于地下水可渗透反应井修复工程，便于安装和更换，对于原位氧化
修复苯系物、多环芳烃、氯代烃、甲基叔丁基醚等污染地下水具有较好的修复效果和长期稳
定性。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的
解释。
实施例1
按照前述步骤和下述要求制备零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛。氧化剂缓释层：氧化剂：
过硫酸钠，100目，质量比例35%，22.4g；分散剂：粉煤灰，32目-60目，质量比例35%，22.4g；凝
固剂：全精炼石蜡，熔点64℃，质量比例30%，19.2g；氧化剂缓释层直径2cm，并切割成长度为
1.5cm规格。激活剂缓释层：激活剂：零价铁粉、高铁粉煤灰的质量比为10:1，质量比例75%，
63.4g；分散剂：粉煤灰，质量比例10%，20目-40目，8.4g；凝固剂：全精炼石蜡，质量比例15%，
熔点64℃，12.7g；激活剂缓释层直径2cm，并切割成长度为1.5cm规格。最终制备零价铁激活
过硫酸盐缓释蜡烛规格为：直径2cm，长度6cm。
实施例2
氧化剂缓释层、激活剂缓释层制备方法同实施例1。氧化剂缓释层直径2cm，并切割成长
度为2cm规格；激活剂缓释层直径2cm，并切割成长度为2cm规格；最终制备零价铁激活过硫
酸盐缓释蜡烛规格为：直径2cm，长度8cm。
实施例3
按照前述步骤和下述要求制备零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛。氧化剂缓释层：氧化剂：
过硫酸钠，100目，质量比例35%，19.5g；分散剂：粉煤灰，50目-100目，质量比例20%，11.1g；
凝固剂：全精炼石蜡，熔点60℃，质量比例45%，25.1g；氧化剂缓释层直径2cm，并切割成长度
为1cm规格。激活剂缓释层：激活剂：零价铁粉、高铁粉煤灰的质量比为10:1，质量比例70%，
112g；分散剂：粉煤灰，质量比例10%，32目-60目，16g；凝固剂：全精炼石蜡，质量比例20%，熔
点60℃，32g；激活剂缓释层直径2cm，并切割成长度为1cm规格。最终制备零价铁激活过硫酸
盐缓释蜡烛规格为：直径2cm，长度8cm。
实施例4
氧化剂缓释层、激活剂缓释层制备方法同实施例3。氧化剂缓释层直径2cm，并切割成长
度为3cm规格；激活剂缓释层直径2cm，并切割成长度为3cm规格；最终制备零价铁激活过硫
酸盐缓释蜡烛规格为：直径2cm，长度6cm。
实施例5
按照前述步骤和下述要求制备零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛。氧化剂缓释层：氧化剂：
过硫酸钠，100目，质量比例25%，12g；分散剂：粉煤灰，20目-40目，质量比例15%，7.2g；凝固
剂：全精炼石蜡，熔点60℃，质量比例60%，28.9g；氧化剂缓释层直径2cm，并切割成长度为
1cm规格。激活剂缓释层：激活剂：零价铁粉、高铁粉煤灰的质量比为11:1，质量比例65%，
99.2g；分散剂：粉煤灰，质量比例10%，32目-60目，15.3g；凝固剂：全精炼石蜡，质量比例
25%，熔点60℃，38.1g；激活剂缓释层直径2cm，并切割成长度为1cm规格。最终制备零价铁激
活过硫酸盐缓释蜡烛规格为：直径2cm，长度6cm。
实施例6
氧化剂缓释层、激活剂缓释层制备方法同实施例5。氧化剂缓释层直径2cm，并切割成长
度为2cm规格；激活剂缓释层直径2cm，并切割成长度为2cm规格；最终制备零价铁激活过硫
酸盐缓释蜡烛规格为：直径2cm，长度12cm。
实施例7
将实施例2制备的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛3份，分别置于3组各1L的污染物溶液
中，每组放入1份缓释蜡烛，考察其对污染场地典型污染物的持续降解效果，实验组中甲苯、
萘、三氯乙烯污染物浓度均为5mg/L，将容器密闭，并于避光、15℃恒温环境下静置，每隔24h
重新更换等浓度的1L污染物溶液，并利用吹扫捕集-气相色谱质谱仪测试污染物残留浓度。
监测表明：15d内，甲苯、萘、三氯乙烯污染物的平均去除效率分别为87%、82%、92%。
实施例8
将实施例3制备的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛3份，分别置于3组各1L的污染物溶液
中，每组放入1份缓释蜡烛，考察其对污染场地典型污染物的持续降解效果，实验组中甲苯、
萘、三氯乙烯污染物浓度均为2mg/L，将容器密闭，并于避光、15℃恒温环境下静置，每隔24h
重新更换等浓度的1L污染物溶液，并利用吹扫捕集-气相色谱质谱仪测试污染物残留浓度。
监测表明：40d内，甲苯、萘、三氯乙烯污染物的平均去除效率分别为79%、78%、84%。
实施例9
将实施例6制备的零价铁激活过硫酸盐缓释蜡烛3份，分别置于3组各1L的污染物溶液
中，每组放入1份缓释蜡烛，考察其对污染场地典型污染物的持续降解效果，实验组中甲苯、
萘、三氯乙烯污染物浓度均为2mg/L，将容器密闭，并于避光、15℃恒温环境下静置，每隔24h
重新更换等浓度的1L污染物溶液，并利用吹扫捕集-气相色谱质谱仪测试污染物残留浓度。
监测表明：60d内，甲苯、萘、三氯乙烯污染物的平均去除效率分别为62%、57%、69%。
以上所述实施方式仅为本发明诸多实施方式中的几种，但本发明的保护范围并不
局限于此。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准，任何本技术领域技术人员在
本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。