一种多功能环境友好型复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能环境友好型复合材料及其制备方法和应用，该复合材料主要由改性活性炭、缓释剂、络合剂按质量比4‑2:3‑2:1混合制成，所述改性活性炭由铁离子与强酸处理过活性炭按质量比为0.2‑1.0制成；所述缓释剂先由过氧化钙、2‑羟基苄基苯胺按质量比60‑40：1形成固相，再由固相与液相生物絮凝剂按固液质量比1:15‑20形成。该复合材料不仅处理效果好、效率高，重要的是其材料具有生态友好性，一方面材料的组成为环境友好材料及可生物降解材料，本身很大程度上减少了对环境的污染，另一方面对水体的综合治理，降低水质二次污染风险。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能环境友好型复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于环境应用材料
，具体涉及到一种多功能环境友好型复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
城镇水体是淡水资源重要的存储库和水循环重要途径。近年来，由于经济、建设的快速发展，大量的生活污水甚至工业废水未经处理直接排入城镇水体，严重污染了城镇水体，导致黑臭水体现象越来越严重。目前，黑臭水体的修复技术主要是人工复氧，而过氧化钙遇水反应可产生大量氧气并且具有操作简单、环境友好、释氧高效、价格优廉等优点，并且过氧化钙溶于水后在催化剂(Fe2+、Fe3+等)存在条件下可发生反应产生·OH和OH-，·OH的强氧化性可促进难降解有机污染物的分解，同时过氧化钙的释氧量增大了水体的溶解氧，使水体富营养化、氮磷硫污染得到有效控制。通过水体溶解氧的添加，降低水体pH，再加上催化剂(Fe2+、Fe3+等)的存在，有效促进了水体和底泥中重金属的有效修复。因此，过氧化钙与催化剂(Fe2+、Fe3+等)的结合是处理黑臭水体的有效方式。然而，过氧化钙氧化性极强且易于造成水体pH大幅上升，从而对微生物产生抑制作用；此外，过氧化钙遇水反应极为迅速，过快的分解速率导致瞬间大量释氧，造成氧气利用率低、释氧持续时间短、释氧效果不佳等问题。目前，缓释型释氧剂主要是通过包埋固定法制备，其主要包括两种形式：均匀混合式包埋以及胶囊式包裹。其中胶囊式固定化法由于目标物是被包裹于包埋剂内部的，一旦包埋剂溶解后目标物将暴露于环境中并迅速发生反应。而采用均匀混合包埋的固定化方式虽能够通过对包埋剂浓度以及填充剂的选择对目标物释放速率进行控制，但却在一定程度上增大了工程施工，药品消耗，延缓进度等缺点。为了更加完善水处理技术，提高黑臭水体治理效果，急需要提供一种新的多功能环境友好型复合材料来治理水污染。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种多功能环境友好型复合材料，该复合材料通过吸附、絮凝、氧化、络合等作用实现对水中污染物的高效去除，底泥重金属的有效钝化，减少了水质存在的二次污染风险，不仅处理效果、效率高于普通材料，重要的是其材料具有生态友好性，一方面材料的组成为环境友好材料及可生物降解材料，本身很大程度上减少了对环境的污染，另一方面对水体的综合治理，降低水质二次污染风险，同时便于后续底泥的生态疏浚资源化利用。技术方案：为了实现上述目的，如本专利技术所述一种多功能环境友好型复合材料，主要由改性活性炭(GC)、缓释剂(GO)、络合剂按质量比(4-2):(3-2):1混合制成，所述由改性活性炭由铁离子与强酸处理过活性炭按质量比为0.2-1.0制成；所述缓释剂先由过氧化钙、2-羟基苄基苯胺按质量比(60-40)：1形成固相，再由固相与液相生物絮凝剂按固液质量比1:(15-20)形成。其中，所述强酸为盐酸、硝酸或者硫酸，酸的浓度为1mol/L，活性炭与酸的比为1:10-15g/mL。所述铁离子以硫酸亚铁、氯化铁或者硝酸铁形式存在，铁与活性炭的质量比为0.2-1.0。所述络合剂为可生物降解的络合剂EDDS。所述液相生物絮凝剂为质量浓度为0.01％-1％的生物絮凝剂水溶液。液相生物絮凝剂为高分子聚合物，是一类由微生物产生的，可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒凝聚、沉淀的特殊高分子代谢产物，非离子型生物絮凝剂是以蔗糖为原料，在生物工程提取的微生物胞外酶的催化作用下，经过酶催化合成、分级提纯，最终形成的有机高分子聚合物，本专利技术所述的多功能环境友好型复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)活性炭预处理：取活性炭用去离子水冲洗干净后超声清洗，反复换水煮沸直到水干净，干燥至恒重，得到预处理活性炭密封保存备用；(2)活性炭改性：取步骤(1)中预处理活性炭，加入强酸溶液浸泡1-2h后过滤并用去离子水洗至中性，70-80℃下烘干至恒重；(3)取酸处理后的活性炭，加入铁离子溶液，浸泡法浸渍1-2h，过滤后用去离子水洗至滤液无铁离子为止，烘干至恒重，得到改性活性炭，密封保存备用；(4)过氧化钙与2-羟基苄基苯胺制成粉末常温下按比例混合搅拌均匀为固相成分，通过固-液两相喷雾装置将液相生物絮凝剂按比例对固相进行包埋形成缓释剂；(5)改性活性炭、缓释剂、络合剂按比例通过模具挤压成颗粒，真空干燥至恒重，得到复合材料。其中，步骤(1)所述超声清洗20-30min，干燥温度为105-110℃。步骤(2)中通常采用1g活性炭对应10mL的酸，酸浓度为1mol/L，类型可为盐酸、硝酸、硫酸；铁离子浓度为1mol/L，步骤(3)中铁离子与酸处理后的活性炭的质量比为0.2-1.0，铁溶液类型可为硫酸亚铁、氯化铁和硝酸铁等。步骤(3)浸泡时间均为1-2h，所述烘干温度为55-60℃。其中，步骤(5)所述真空干燥的温度不超过40℃，模具尺寸可为dh＝20×5mm。本专利技术所述的多功能环境友好型复合材料在黑臭水体制中的应用。本专利技术的多功能环境友好型复合材料由铁改性活性炭、缓释氧剂、EDDS混合制备而成，后用于黑臭污染水体中。利用吸附、絮凝、氧化、络合等联合作用实现对污染物的高效去除，重金属的有效钝化，达到黑臭水体中水质、泥质同步改善效果。铁改性活性炭与过氧化钙制备的缓释氧剂在水体中可形成类芬顿体系，一方面实现芬顿效应，达到污染物的高效降解；一方面又可利用活性炭自重实现材料的悬浮沉降，达到水质污染的充分接触，同时活性炭的吸附，生物絮凝剂的絮凝等也可实现对水中污染物的部分去除。为了防止体系中铁离子水解沉淀，影响铁离子利用率，添加可生物降解的络合剂EDDS，实现对铁离子的络合，同时也可达到对重金属的有效络合，降低其生物毒性与有效利用性。生态友好材料由多种材料，在不同工艺下制备而成，将材料之间的相互联合作用发挥至最大效益，同时工艺地灵活使用，使得材料利用率最大化。与普通的芬顿体系相比，本专利技术采用固体过氧化钙代替过氧化氢，同时加入微量的化学中间体2-羟基苄基苯胺可以防止过氧化钙过快的分解速率导致瞬间大量释氧，造成氧气利用率低、释氧持续时间短、释氧效果不佳等问题，可以减缓释氧率，提高氧的有效利用率，与生物絮凝剂的包裹结合可进一步提高过氧化钙的利用率，同时与EDDS的结合也可缓冲体系pH，减少对微生物产生抑制作用，扩大类芬顿反应条件，利用材料的进一步推广与应用。本专利技术的复合材料为生态友好材料与普通污水处理材料相比，不仅处理效果、效率高于普通材料，重要的是其材料具有生态友好性，一方面材料的组成环境友好材料及可生物降解材料，本身很大程度上减少了对环境的污染，另一方面对水体的综合治理，降低水质二次污染风险，同时便于后续底泥的生态疏浚资源化利用。本专利技术中所有试剂均市售可得，其中，活性炭购买于南京滕春生物科技发展有限公司；生物絮凝剂购买于南京恒邦生物环保有限公司；EDDS购买于安徽生物酷尔生物工程有限公司。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下效果：1、本专利技术制备的多功能环境友好型复合材料与传统包埋法制得的缓释剂用于水处理的效果相比，释氧量、缓释时间均大于传统的污水处理剂、复合材料或者缓释剂等，同时中经过压缩成型的复合材料更利于延缓氧的释放，提高过氧化钙的利用率，减缓pH的大幅度变化，利于水体生态活动进行。2、本专利技术制备的多功能环境友好型复合材料针对黑臭水体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能环境友好型复合材料，其特征在于，主要由改性活性炭、缓释剂、络合剂按质量比(4‑2):(3‑2):1混合制成，所述由改性活性炭由铁离子与酸处理过活性炭按质量比为0.2‑1.0制成；所述缓释剂先由过氧化钙、2‑羟基苄基苯胺按质量比(60‑40)：1形成固相，再由固相与液相生物絮凝剂按固液质量比1:(15‑20)形成。

【技术特征摘要】
1.一种多功能环境友好型复合材料，其特征在于，主要由改性活性炭、缓释剂、络合剂按质量比(4-2):(3-2):1混合制成，所述由改性活性炭由铁离子与酸处理过活性炭按质量比为0.2-1.0制成；所述缓释剂先由过氧化钙、2-羟基苄基苯胺按质量比(60-40)：1形成固相，再由固相与液相生物絮凝剂按固液质量比1:(15-20)形成。2.根据权利要求1所述的多功能环境友好型复合材料，其特征在于，所述酸为优选为盐酸、硝酸或者硫酸，酸的浓度为1mol/L，活性炭与酸的比为1:10-15g/mL。3.根据权利要求1所述的多功能环境友好型复合材料，其特征在于，所述铁离子以硫酸亚铁、氯化铁或者硝酸铁形式存在，铁与活性炭的质量比为0.2-1.0。4.根据权利要求1所述的多功能环境友好型复合材料，其特征在于，所述络合剂为可生物降解的络合剂EDDS。5.根据权利要求1所述的多功能环境友好型复合材料，其特征在于，所述液相生物絮凝剂为质量浓度为0.01％-1％的生物絮凝剂水溶液。6.一种权利要求1所述的多功能环境友好型复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)活性炭预处理：取活性炭用...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝建中，徐菲菲，付婷，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32