一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：1）将碳酸钠、N‑N’亚甲基双丙烯酰胺和膨润土在水中分散成泥浆，搅拌10min；2）加入丙烯酸并搅拌20min；3）放入恒温水浴中，并加入过硫酸钾并搅拌5min；4）恒温聚合2h后，取出泥浆经多次洗涤、离心后烘干即为有机改性膨润土。上述方法制备得到的有机改性膨润土具有如下效果：（1）改性膨润土相对于原土在膨胀指数、防渗性能方面有明显提升，在高盐环境下依然保持较大的膨胀性和较小的滤失量，可见膨润土的耐盐性得到了有效改善；（2）丙烯酸钠在N‑亚甲基交联剂作用下聚合由线性链变为网状链，又因有机单体的负电性使得原本带负电的膨润土片层重新排列，形成的立体腔式结构增加渗透液在土中的渗透路径和障碍，降低了膨润土的渗透系数。

A preparation method of organic modified bentonite based on seepage control

The invention discloses a modified organobentonite preparation method based on seepage control, which comprises the following steps: 1) sodium carbonate and N N '- methylene bis acrylamide and bentonite is dispersed in the water into the mud, stirring 10min; 2) adding acrylic acid and mixing 20min; 3) in constant temperature bath and, adding potassium persulfate and stirring 5min; 4) constant temperature polymerization of 2h after repeated washing mud removed after centrifugation, drying the organic modified bentonite. The preparation method of the organic modified bentonite has the following effects: (1) compared with the original soil has improved significantly in the swelling index, impervious performance of modified bentonite in high salt environment remains large expansion and less filter loss, salt tolerance of visible bentonite has been improved effectively; (2) the role of N in sodium acrylate, crosslinking agent methylene polymerization by linear chain into the mesh chain, because electronegative organic monomer makes the bentonite layers was negatively charged rearrange, three-dimensional cavity structure formed by increasing permeate in soil permeability and path obstacles, reduces the permeability coefficient of bentonite.

【技术实现步骤摘要】
一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法
本专利技术涉及一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法。
技术介绍
膨润土作为一种防渗材料，其优良的吸湿膨胀性、低渗透性、高吸附性及良好的自封闭性得到业内认可，廉价的特点更使得其被广泛的用于各种防渗工程。然而，进一步的研究表明在膨润土干湿循环下保水性会降低，膨润土的低渗透性和高膨胀性易受盐溶液和酸的影响，发生阳离子交换现象，致使其渗透系数呈数量级增长，阻隔能力降低。对于一些渗漏危害较大的防渗领域，如垃圾填埋场、工业污水、尾矿矿渣等，它们形成的渗滤液大都具有有机物和重金属盐含量高、强酸性的特点。针对高盐、强酸环境下的防渗工程，传统的做法是使用更多的膨润土夯实加厚，或设置多层防渗材料，这无疑大大增加了工程造价；为了更好的处理特殊环境下的防渗工程，对膨润土进行改良处理以适应特殊环境下的防渗应用越来越受到人们的重视，尤其是有机改性膨润土。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法，该制备方法能够提升膨润土的耐盐性、降低了膨润土的渗透系数。为此，本专利技术提供的一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：1）将碳酸钠、N-N’亚甲基双丙烯酰胺和膨润土在水中分散成泥浆，搅拌10min；2）加入丙烯酸并搅拌20min；3）放入恒温水浴中，并加入过硫酸钾并搅拌5min；4）恒温聚合2h后，取出泥浆经多次洗涤、离心后烘干即为有机改性膨润土。本专利技术的技术效果：（1）改性膨润土相对于原土在膨胀指数、防渗性能方面有明显提升，在高盐环境下依然保持较大的膨胀性和较小的滤失量，可见膨润土的耐盐性得到了有效改善；（2）丙烯酸钠在N-亚甲基交联剂作用下聚合由线性链变为网状链，又因有机单体的负电性使得原本带负电的膨润土片层重新排列，形成的立体腔式结构增加渗透液在土中的渗透路径和障碍，降低了膨润土的渗透系数。附图说明图1为碳酸钠掺量与改性膨润土的膨胀性关系图表；图2为N-亚甲基掺量与改性膨润土膨胀性关系图表；图3为过硫酸钾掺量与改性膨润土膨胀性关系图表；图4为反应温度与改性膨润土的膨胀性关系图表；图5为膨润土掺量与改性膨润土的膨胀性关系图表；图6为固液比与改性膨润土的膨胀性关系图表；图7为溶液下膨润土改性前后的对比图表。具体实施方式本专利技术提供的一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：1）将碳酸钠、N-N’亚甲基双丙烯酰胺和膨润土在水中分散成泥浆，搅拌10min；2）加入丙烯酸并搅拌20min；3）放入恒温水浴中，并加入过硫酸钾并搅拌5min；4）恒温聚合2h后，取出泥浆经多次洗涤、离心后烘干即为有机改性膨润土。在上述方法中最佳实施方案如下：所述碳酸钠相对于丙烯酸的质量百分比为64.6%wt；所述N-亚甲基相对于丙烯酸的质量百分比为2.5%wt；所膨润土相对于丙烯酸的质量百分比为625%wt；所述过硫酸钾掺的相对于丙烯酸的质量百分比为1.25%wt；所述恒温聚合温度为75℃，固液比为1:2。下面采用控制变量法效果检测，通过大量试验确定材料的配合比。在确定丙烯酸的量一定的情况下，研究的变量有：①膨润土、②碳酸钠、③N-亚甲基、④过硫酸钾、⑤固液比、⑥温度；各反应物掺量均转化为相对于丙烯酸的质量百分比（%wt）。此外，膨润土的渗透系数与膨胀指数具有较好的负相关性，即膨胀指数越大渗透系数越小。为简化改性膨润土的检测指标，快速较好地确定各组分的配合比，试验通过检测改性后膨润土分别在高纯水环境和0.1％CaCl2溶液下静置168h后的膨胀指数（后者的检测指标也称耐久性，是反映膨润土的耐盐性能的重要参考指标）来反映同一变量下渗透系数的趋势关系。1）碳酸钠掺量对改性膨润土的膨胀影响结果如图1所示。由图1可知，碳酸钠与丙烯酸反应不完全，即丙烯酸过量时，H+离子进入蒙脱石层间，抑制膨润土的膨胀，随着H+离子与CO32-离子的反应，改性土膨胀性能增强，过量Na2CO3由于试验后的清洗并不影响改性后的膨润土。可知当CO32-与H+离子100%反应时效果最佳，此时碳酸钠的相对用量为64.6%wt。2）N-亚甲基掺量对改性膨润土的膨胀影响结果如图2所示。N亚甲基在反应中充当的角色是交联剂，让线性聚合的丙烯酸支链化成立体网状结构，固定住膨润土颗粒，提高复合程度。由图可知，N-亚甲基对改性土的膨胀性影响并不明显，但其杂化支链的重要性不言而喻，建议N-亚甲基的掺量在2.5%wt为佳。3）过硫酸钾掺量对改性膨润土的膨胀影响试验结果如图3所示。由图可知过硫酸钾的最优掺量为1.25%wt。反应中过硫酸钾的作用是引发丙烯酸单体聚合。聚合反应是放热反应，引发之后能自发进行，过硫酸钾只有在适宜的浓度下才能激发丙烯酸的自由基，而浓度过大会使反应过于迅速而不均匀。4）温度对改性膨润土的膨胀影响结果如图4所示。改性试验是熵减放热型的高分子聚合反应，对温度尤其敏感，不同温度下试验的结果可能大不一样。从图中也能看出，改性的膨润土在高纯水下的膨胀指数与在质量分数0.1%CaCl2溶液下膨胀指数表现并不同步。综合考虑耐盐性和性价比，建议聚合反应温度控制在75℃较为合适。5）膨润土用量对改性膨润土的膨胀影响结果如图5所示。随着膨润土掺量的增加，聚丙烯酸钠对膨润土的复合率降低，相当于稀释聚丙烯酸钠的膨胀效力，所以膨胀性能下降。如果追求更大的膨胀性，可以适度减少膨润土的用量，但无疑会大大增加改性土的成本。综合考虑性价比等因素，建议膨润土的用量为625%wt较为合适。6）固液比对改性膨润土的膨胀影响结果如图6所示。固液比的控制能较好的对其他各反应物在浓度上加以控制，由图可知，固液比越大膨胀性越大，因为浓度的集中对各元素利用率提高，聚丙烯酸钠与膨润土复合比率增加。但是为使各反应物分散均匀也需保证泥浆的可搅拌。耐盐性对比分析：改性土在Pb(NO3)2溶液下的膨胀性能和滤失量如图7所示。由改性前后膨胀指数对比可知，改性后膨润土膨胀指数提升明显，在高纯水下较原土提升了一倍，即使在溶液浓度较高时依然能保持较大的膨胀性能；而滤失量在30mM浓度下依然比原土在高纯水下的滤失量要小，随着溶液浓度提高改性土滤失量均比同浓度下的原土小很多。根据渗透系数与膨胀指数及滤失量关系可以推测，改性土在盐溶液下依然有较小的渗透系数，在Pb(NO3)2浓度小于30mM时渗透系数基本不变，可见改性膨润土在抗盐性方面得到明显改善。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：1）将碳酸钠、N‑N’亚甲基双丙烯酰胺和膨润土在水中分散成泥浆，搅拌10min；2）加入丙烯酸并搅拌20min；3）放入恒温水浴中，并加入过硫酸钾并搅拌5min；4）恒温聚合2h后，取出泥浆经多次洗涤、离心后烘干即为有机改性膨润土。

【技术特征摘要】
1.一种基于防渗的有机改性膨润土的制备方法，包括以下步骤：1）将碳酸钠、N-N’亚甲基双丙烯酰胺和膨润土在水中分散成泥浆，搅拌10min；2）加入丙烯酸并搅拌20min；3）放入恒温水浴中，并加入过硫酸钾并搅拌5min；4）恒温聚合2h后，取出泥浆经多次洗涤、离心后烘干即为有机改性膨润土。2.根据权利要求1所述的基于防渗的有机改性膨润土的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：余闯，廖饶平，蔡晓庆，马建军，於孝牛，王辉，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33