一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用，属于环保材料领域。本发明专利技术的纳米多孔砖包括砖体和孔，其由钙型凹凸棒粘土(凹土)、钙型斜发沸石(沸石)和红壤经混合制备得到，具体的制备工艺包括：混合、粉碎、造粒处理、模具挤出成型，湿坯体切割、干燥、焙烧，最终得到纳米多孔砖。本发明专利技术的纳米多孔砖具有高效的污染物吸附能力，此外还可以作为水生态修复技术中水生植被的优良载体，同时多孔纳米砖的纳米孔隙可以富集水体中的溶解氧促进水生植被的健康生长，强化水质净化能力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用
本专利技术属于环保材料领域，具体地说，涉及城市河道的治理技术，更具体地说，涉及一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用。
技术介绍
城市河道作为城市系统的绿色生命线，能有效减弱城市“热岛效应”和污染影响，具有提供绿地、保护环境和开展旅游娱乐、文化教育等生态功能，对高品位生态城市的建设有重要的意义。然而，近年来随着人口增长和社会经济飞速发展，水的需求量急剧增加，而水环境污染也日益严重，生态需水量难以保证，再加上工业生产和居民生活的影响，使得城市内河水系逐渐萎缩、内湖富营养化不断加重、城市水生态系统严重退化，因此，受污染城市河道水体的治理显得非常必要。目前针对重污染城市河道进行水质净化的方法主要有河道清淤、机械打捞、人工曝气以及生物修复法(生态浮床、人工湿地和微生物修复)。然而，对于重污染型河道由于长期持续污染导致河道污染物浓度高，水环境质量差，生态系统严重破坏，常规的物理方法很难降低重污染河道中污染物浓度，仅能起到治表而非之本的作用。生物的方法虽然可以起到改善水质和生态环境的作用，但是在高污染浓度、低溶解氧和低透明度的水体很难直接进行生物修复，严重影响了生物修复技术的效果同时增加了技术成本。粘土吸附法主要通过离子交换、电性吸附以及反应沉淀等方式去除污染水体中污染物质，选择合适的吸附材料，不仅可以有效去除重污染水体的污染物质，同时可以避免二次污染的问题。在公开的中国专利文献中已有关于采用粘土吸附法用于河道水质净化处理的技术信息，例如，中国专利技术专利申请公布号为CN102371145A，申请日为2010年8月18日的专利申请文件公开了一种复合高效蓝藻-富营养化水处理剂，该水处理剂用凹凸棒石粘土、膨润土和天然沸石经活化改性等高科技、深加工，与有机试剂助剂科学复配，集多种矿物和有机助剂的特殊性能制成的，主要应用于湖泊、水库、河流、景观水等蓝藻爆发应急处理和富营养化长效治理，是生态修复和资源化的创新方法，该专利技术虽然具有较高的水处理效果，但是制作流程比较复杂，制备成本较高，且不易回收利用，会造成二次污染，因此难以推广应用，且该专利技术主要是利用粘土及有机试剂复配材料的絮凝作用，对蓝藻进行絮凝，若制成砖，无法发挥作用。又如，中国专利技术专利申请公布号为CN103787645A，申请日为2014年1月23日的专利申请文件公开了一种基于吸附材料制备的生态混凝土及用于水质净化的方法，该专利技术的生态混凝土由骨料、固体添加剂和液体添加剂组成，利用上述生态混凝土进行水质净化的方法，是将吸附材料、吸附分子和粘土混合后装入布袋铺设为底层，在布袋上铺设生态混凝土，在生态混凝土上铺设混有吸附材料的种植土并在种植土上种植有植物。该专利技术虽然具有复合的吸附效果和植物净化效果，但是生态混凝土时间久了会发生板结等问题，一方面影响其吸附效果，另一方面板结后的硬质土不适合植物的生长。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有河道水质净化方法存在成本高、有二次污染、处理效果差等问题，本专利技术提供一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖及其制备方法和应用。本专利技术提供的纳米多孔砖能够高效净化高浓度污染物水体，使用简单方便，成本低廉。纳米多孔砖的纳米多孔主要通过采用具有天然纳米结构的斜发沸石和凹凸棒石经过处理得到，在热处理条件下，纳米孔道结构中的水分和杂质成分消失，从而使微孔纳米孔道打开得到纳米多孔结构，使其比表面积增加，且增加了吸附能力。此外，本专利技术的多孔纳米砖因吸附了河道或湖泊中的营养物质，可以作为水生植物修复技术中水生植被的优良载体，同时多孔纳米砖的纳米孔隙可以提高水体中的溶解氧，改善水质环境，促进水生植被的健康生长，强化水质净化能力。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖，包括砖体和孔，所述的砖体为长方体，所述的孔为通孔结构，位于砖体上，孔的孔壁上具有密集的纳米孔隙。优选地，所述的砖体的材料为粒径10-15μm的复合颗粒，所述的复合颗粒由钙型凹凸棒粘土、钙型斜发沸石和红壤混合制成；其中，钙型凹凸棒粘土的质量分数为30-40％，钙型斜发沸石的质量分数为40％-50％，其余成分为红壤。优选地，所述的砖体的其中一个端面为正方形，边长为10-20cm。优选地，所述的孔为圆孔，孔个数为9个或16个，且孔直径为1.5-2cm。上述的一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖的制备方法，其步骤为：(a)按比例称取钙型凹凸棒粘土、钙型斜发沸石和红壤粉碎后放入搅拌器内，充分搅拌均匀，得到复合原料，其中，钙型凹凸棒粘土的质量分数为30-40％，钙型斜发沸石的质量分数为40％-50％，其余成分为红壤；(b)将步骤(a)中得到的复合原料进行造粒得到复合颗粒；(c)将步骤(b)中得到的复合颗粒与水混合搅拌后再经过模具挤出成型，得到湿坯体；(d)将步骤(c)中得到的湿坯体进行切割，得到湿砖体；(e)将步骤(d)中得到的湿砖体进行干燥和焙烧，焙烧结束后自然冷却至室温得到纳米多孔砖。优选地，所述步骤(a)中的钙型凹凸棒粘土中的凹凸棒的质量分数为45-60％，钙质成分CaO的质量分数为15-25％，其余为硅氧化物、铝氧化物和镁氧化物，质量分数为15％-40％；钙型斜发沸石中的斜发沸石的质量分数为50-60％，钙质成分CaO的质量分数15-20％，其余为硅氧化物、铝氧化物和镁氧化物，质量分数为20％-35％；红壤中的黏土的质量分数为80％以上。优选地，所述步骤(b)中造粒的条件为将步骤(a)粉碎后的复合原料先过15μm的筛网，保留小于粒径15μm的复合原料，再过10μm的筛网，保留粒径大于10μm的复合原料，最终得到的复合颗粒的粒径为10-15μm。优选地，所述步骤(c)中的模具的纵截面形状为正方形，且正方形的边长为10-20cm，模具上设有圆孔，圆孔个数为9个或16个，且孔直径为1.5-2cm；步骤(d)中湿砖体的长度为10-15cm。优选地，所述步骤(e)中干燥温度为105℃，焙烧温度为400-550℃，焙烧时间为1-2h。上述的一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖在污染型的河道水质净化中的应用。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的纳米多孔砖具有高效的吸附能力，可有效降低污染水体中的总氮(TN)、总磷(TP)、铵态氮(NH4+-N)和化学需要量(COD)；(2)本专利技术的纳米多孔砖由于具有纳米孔结构，能够附着大量的纳米气泡，提高周围环境的溶解氧浓度(DO)；(3)本专利技术的纳米多孔砖由于具有大量的微孔结构，具有较大的比表面积，可以为微生物的生长、活动和繁殖提供空间和场所；(4)本专利技术在纳米多孔砖的垂直孔道内部填充土壤或者底泥，可以作为水生植被的载体，同时，大量的纳米氧气泡以及微生物附着可为植物生长提供所需的营养物质，使植物长势更好；(5)本专利技术选用复合材料制备生态砖，在热处理条件下，通过将材料中的碳酸盐等成分灼烧去除后，在砖的表面会形成纳米孔隙，从而大大增加了比表面积，增加了吸附性能，这是本专利技术相对于其他吸附砖的突破点；(6)本专利技术不是现有技术的简单组合，而是通过大量的实验研究结合理论分析选择了三种材料并将其制备成纳米多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖，其特征在于：包括砖体(1)和孔(2)，所述的砖体(1)为长方体，所述的孔(2)为通孔结构，位于砖体(1)上，孔(2)的孔壁上具有密集的纳米孔隙。

【技术特征摘要】
1.一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖，其特征在于：包括砖体(1)和孔(2)，所述的砖体(1)为长方体，所述的孔(2)为通孔结构，位于砖体(1)上，孔(2)的孔壁上具有密集的纳米孔隙；所述的砖体(1)的材料为粒径10-15μm的复合颗粒，所述的复合颗粒由钙型凹凸棒粘土、钙型斜发沸石和红壤混合制成；其中，钙型凹凸棒粘土的质量分数为30-40％，钙型斜发沸石的质量分数为40％-50％，其余成分为红壤。2.根据权利要求1所述的一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖，其特征在于：所述的砖体(1)的其中一个端面为正方形，边长为10-20cm。3.根据权利要求1所述的一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖，其特征在于：所述的孔(2)为圆孔，孔个数为9个或16个，且孔直径为1.5-2cm。4.权利要求1中所述的一种用于重污染城市河道水质净化的纳米多孔砖的制备方法，其步骤为：(a)按比例称取钙型凹凸棒粘土、钙型斜发沸石和红壤粉碎后放入搅拌器内，充分搅拌均匀，得到复合原料，其中，钙型凹凸棒粘土的质量分数为30-40％，钙型斜发沸石的质量分数为40％-50％，其余成分为红壤；(b)将步骤(a)中得到的复合原料进行造粒得到复合颗粒；(c)将步骤(b)中得到的复合颗粒与水混合搅拌后再经过模具挤出成型，得到湿坯体；(d)将步骤(c)中得到的湿坯体进行切割，得到湿砖体；(e)将步骤(d)中得到的湿砖体进行干燥和焙烧，焙烧结束后自然冷却至室温得到纳米多孔砖。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔明，张毅敏，彭福全，巫丹，杨飞，晁建颖，
申请(专利权)人：环境保护部南京环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32