基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物.pdf

本发明涉及一种基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物，属于水体化学净化处理领域。针对水中难降解有机污染物处理困难问题，本发明旨在研发一种高效绿色的水体化学净化用组合物。本案组合物其各成分重量百分含量如下：过碳酸钠50％～80％；纳米AlOOH粉20％～50％。其中，过碳酸钠优选形态呈粉态，该粉态过碳酸钠的粒径优选值介于1微米～500微米之间。纳米AlOOH粉的粒径优选值介于10纳米～600纳米之间，并且，组合物成品内各颗粒的优选形态是：纳米AlOOH粉裹覆于过碳酸钠粉体颗粒的表面上。纳米AlOOH粉作为外稳定剂保护着固体过碳酸钠中的活性氧，同时，过碳酸钠在水溶液中的碱性作用能促进铝盐进一步水解，强化了其絮凝效果。

1.  基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物，该组合物中各成分的重量百分含量如下：
过碳酸钠50％～80％；
纳米AIOOH粉20％～50％。

2.  根据权利要求1所述的基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物，其特征在于，过碳酸钠呈粉态，所述粉态过碳酸钠的粒径介于1微米～500微米之间。

3.  根据权利要求1所述的基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物，其特征在于，纳米AIOOH粉的粒径介于10纳米～600纳米之间，以及，纳米AIOOH粉裹覆于过碳酸钠粉体颗粒的表面上。

基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物
技术领域
本发明涉及一种基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物，属于水体化学净化处理领域。
背景技术
目前，传统的对原水化学氧化处理剂中主要有氯类和氧类。氯类包括液氯、漂白粉和二氧化氯等，氯化处理后易生成对人体有害的消毒副产物如三卤甲烷(THM₃)；二氧化氯能引起溶血性贫血和变性血红蛋白症。氧类主要有臭氧、过氧化氢和过氧乙酸等。臭氧的氧化成本较高且缺乏持续性作用，过氧化氢和过氧乙酸不稳定，易于分解，难于运输和保存。因此，寻找既能有效降解水中的有机污染物又能对环境友好的高级氧化技术，是目前国内外饮用水处理技术发展的重要方向。在常规的饮用水处理过程中，絮凝是重要的工艺流程之一，其处理效果的好坏直接影响至后续处理流程乃至出水的水质。传统的饮用水处理絮凝工艺主要利用无机盐如铝盐和铁盐等通过压缩双电层，吸附架桥，卷扫网捕等作用来完成对水中悬浮物及胶体类非溶解性物质的脱稳凝聚，以便杂质在后续工艺中去除。但是对溶解性杂质如有机污染物，传统的絮凝处理的效果并不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对水中难降解有机污染物处理困难的问题。研发一种新的高效、绿色的水体化学净化处理用组合物，应用该组合物进行水体净化处理时，应当既能够清除掉有机污染物，组合物自身又能够分解为无害物质。
本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供一种基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物，该组合物中各成分的重量百分含量如下：
过碳酸钠 50％～80％；
纳米AlOOH粉 20％～50％。
该组合物既可以是两个相关组份简单机械混合形成的组合物；该组合物也可以是经由复杂化学途径制备而成的组合物；组合物各成分含量范围的上限值及下限值及中间值都是允许的适当的含量值。
该组合物中也可以允许有小量的稳定剂存在，所述稳定剂例如小量的可溶性镁盐或硅酸钠或此两者的组合。所述稳定剂不是必需的。
其中的过碳酸钠成分的形态不限，所述过碳酸钠的形态可以允许是任意的形态，例如块状、条状、球状以及各种粒径的颗粒状；过碳酸钠的优选形态呈粉态，所述粉态过碳酸钠的粒径优选值介于1微米～500微米之间。粉态过碳酸钠应用更为方便。
组合物中的纳米AlOOH粉其粒径可以允许是纳米技术意义上的任何形态的颗粒物，所述纳米AlOOH粉的粒径其优选值介于10纳米～600纳米之间；所述纳米AlOOH粉可以以任意方式与所述过碳酸钠混合在一起，其混合后的形态没有限制，但是，所述纳米AlOOH粉与所述过碳酸钠混合后的优选形态是：纳米AlOOH粉裹覆于过碳酸钠粉体颗粒的表面上。
鉴于过碳酸钠具备了促进有机污染物降解的氧化性和水解时呈碱性等两个相关条件，过碳酸钠作为固体过氧化物具有在通常状况下稳定、抗冲击等特点，是一种安全、廉价、温和、多用途和对环境无害的氧化剂，在有机官能团氧化反应中也得到愈来愈多的重视。过碳酸钠的水溶液显碱性，在水中能自发地释放出H₂O₂，并以亲核的过氧阴离子形式(HO₂^-)存在。所以，过碳酸钠的水溶液的化学性质与H₂O₂的碱性水溶液相似，而且由于包括过碳酸根阴离子而具有更高的氧化反应和亲核水解反应的活性。应用溶胶-凝胶法制备成复合型纳米AlOOH表面包覆过碳酸钠净水剂。一方面纳米AlOOH膜作为外稳定剂保护着固体过碳酸钠中活性氧；另一方面，过碳酸钠在水溶液中的碱性作用能促进铝盐进一步水解，强化了其絮凝效果。并且，使用纳米AlOOH膜包覆过碳酸钠通过表面的物理化学的效应，大大地增强它对微量有机污染物的吸附能力。同时，过碳酸钠的氧化性能帮助降解这些有机污染物，可以表现出较好的协同效应。由于过碳酸钠产生的过氧阴离子(HO₂^-)可以氧化硫代有机磷农药中的官能团P＝S到P＝0，并且可以进一步氧化磷酸酯和C＝C等官能团；其水溶液具有碱性，产生的亲核试剂HO₂^-更有利于水解反应。所以，过碳酸钠具备了促进有机污染物降解的氧化和碱性水解的两个相关条件。而且，过碳酸钠可以氧化降解二酮化合物成羧酸，故可能将苯酚类化合物氧化成醌，再进一步降解成羧酸。因此，纳米AlOOH膜包覆过碳酸钠微粒具备对有机污染物和苯酚类化合物吸附和降解作用能力。
本发明的优点是，该组合物在应用中，既能够处理掉有机污染物，自身又能分解为无害物质。该组合物解决了单纯依靠传统的生物和化学氧化处理方法在我国当前的情况下难以从根本上消除水中难降解有机污染物等问题。
本案组合物可以经由多种途径生产、制取，所述途径例如：
途径一：在水溶液或循环母液中加入无水碳酸钠，经乳化水合反应制得水合碳酸钠悬浮液；水合碳酸钠悬浮液和过氧化氢水溶液以一定的投加速度导入反应釜中反应，反应制得过碳酸钠结晶产物；结晶物固液分离，滤液循环使用，结晶物经后处理成含少量水份的过碳酸钠固体；于过碳酸钠固体中加入异丙醇铝、乙醇以及少量去离子水在加热的条件下进行水解得到较为稳定的AlOOH溶胶并进行加热老化以进一步稳定；最后得到纳米AlOOH表面包覆过碳酸钠颗粒。
途径二：将异丙醇铝、乙醇以及少量去离子水在加热的条件下进行水解得到较为稳定的AlOOH溶胶，然后将方案一中得到的过碳酸钠固体以及可溶性镁盐和硅酸钠等稳定剂加入其中，并进行加热老化以进一步稳定；最后得到纳米AlOOH表面包覆过碳酸钠颗粒。
具体实施方式
过碳酸钠是碳酸钠和过氧化氢利用氢键所形成的一种不稳定的复合物。由于过碳酸钠在高温下容易分解，所以反应必须在低温下进行。一般在溶液中存在以下一些反应：
主反应：2Na₂CO₃+3H₂O₂＝2Na₂CO₃·3H₂O₂
副反应：2Na₂CO₃·3H₂O₂＝2Na₂CO₃+3H₂O₂         2H₂O₂＝H₂O+O₂
所用原料异丙醇铝分子量为204.24，对应的纳米AlOOH粉的化学式量是59.98，其中，AlOOH俗称为碱式氧化铝、水化氧化铝。
现在结合若干具体例子介绍所述组合物的生产、制取途径：
实施例1：将配制好的饱和碳酸钠溶液加入反应器，然后加入有机溶剂异丙醇或乙醇，并加入小量可溶性镁盐和硅酸钠稳定剂，再加入过氧化氢，在0～5℃条件下进行反应，生成的过碳酸钠经离心分离、干燥得成品，备用，备用量100克。
取制备好的过碳酸钠固体80.00克，在其中加入异丙醇铝68.02克、250毫升乙醇以及少量去离子水，在加热的条件下进行水解得到较为稳定的AlOOH溶胶，并加热老化以进一步稳定，粉碎后，得到基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物。配剂中的68.02克异丙醇铝对应AlOOH量为20.00克。
实施例2：取制备好的饱和碳酸钠溶液加入反应器，然后加入有机溶剂异丙醇或乙醇，并加入小量可溶性镁盐和硅酸钠稳定剂，再加入过氧化氢，在0～5℃条件下进行反应，生成的过碳酸钠经离心分离、干燥得成品，备用，备用量100.00克。
取制备好的过碳酸钠固体50.00克，在其入加入异丙醇铝170.26克、500毫升乙醇以及少量去离子水，在加热的条件下进行水解得到较为稳定的AlOOH溶胶，并加热老化以进一步稳定，粉碎后，得到基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物。配剂中的170.26克异丙醇铝对应AlOOH量为50.00克。
实施例3：取制备好的饱和碳酸钠溶液加入反应器，然后加入有机溶剂异丙醇或乙醇，并加入小量可溶性镁盐和硅酸钠稳定剂，再加入过氧化氢，在0～5℃条件下进行反应，生成的过碳酸钠经离心分离、干燥得成品，备用，备用量100.00克。
取制取好的过碳酸钠固体65.00克，在其入加入异丙醇铝119.18克、350毫升乙醇以及少量去离子水，在加热的条件下进行水解得到较为稳定的AlOOH溶胶，并加热老化以进一步稳定，粉碎后，得到基于纳米技术的水体化学净化处理用组合物。配剂中的119.18克异丙醇铝对应AlOOH量为35.00克。
本案组合物的制取途径不限于上述各例。