泥水同治型底泥修复材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种泥水同治型底泥修复剂材料。具体地，本发明专利技术的底泥修复剂材料以天然硅铝酸盐、钙盐、镁盐、钠盐、改性纤维素、丙烯酸聚合物、多羟基化合物为原材料，通过热交联、干燥粉碎、溶解、高速剪切乳化等工艺流程，获得具有稳定粘度的、胶质状的底泥修复材料。通过本发明专利技术的底泥修复剂覆盖于河道底泥之上，可以有效阻止底泥上翻和底泥污染物质的逸出，避免底泥对水体造成的二次污染且同时能够降低水体中总氮、总磷等含量，快速净化水质，达到泥水同治的目的。此外，本发明专利技术还涉及该泥水同治型底泥修复剂材料的制备方法和使用方法。

【技术实现步骤摘要】
泥水同治型底泥修复材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及污染水体修复的领域，尤其涉及一种泥水同治型底泥修复材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着工业化和城市化进程的加快，近年来生态环境受损日益严重，其中河道污染问题尤其突出。河道污染可分为内源污染和外源污染，其中内源污染的主要来源于底泥污染。河道底泥是河道的重要组成部分，会不断的与流动的上覆水发生物质交换。当污染物进入河流时，底泥中的微生物会过滤、吸附、降解这些污染物质，有助于河道的自净。但随着越来越多的污染物沉积在底泥中，超过其自身负荷后，便会释放进入上覆水，造成“二次污染”，其污染程度甚至会超过一次污染，这也是底泥污染成为河道首要内源污染的原因。目前，治理河道污染的方法主要分为异位修复法和原位修复法。其中异位修复是指将河道内的污泥挖出后，在河道外采用化学、物理、生物等方法将底泥处理合格，再对其进行填埋，而原位修复则是指采用化学、物理、生物等方法在河道原位置降解底泥中的污染成分。尽管异位修复见效快，但需要大量的人工和成本的投入，同时需要额外的场地对清除出来的底泥进行填埋处理，并且还需要考虑底泥对填埋场所的污染问题。因此，异位修复技术在现代底泥处理中的应用越来越少，而原位修复技术由于能够在任何季节对任何流域的底泥直接进行固定和净化，投资小、操作容易、绿色环保、不易产生二次污染等优点，成为今后解决水体底泥污染的重要方向。然而，现有的底泥原位修复法中仍然存在诸多问题。诸如在原位物理修复中，再悬浮作用可能对水体环境造成不利影响，曝气技术在能耗和治理效果上难以达到要求；原位生物修复，则修复周期较长、受不可控环境因素影响较大等；原位化学修复中对修复剂以及用量的选择非常重要，否则容易造成二次污染。再如，CN102775030A公开了一种覆盖底泥的方法，但是其在底泥环境发生变化时，捕获污染物可能会再次释放到水体中。CN102617089A公开水泥固化材制备的覆盖材料，但是碱性太强，比表面积小，容易沉积到底泥中，从而无法发挥覆盖作用。因此，开发新的底泥原位修复技术以及相应的底泥修复材料具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的局限性，本专利技术提供一种以泥水同治为目标，对底泥进行原位修复的同时有效净化水质的底泥修复材料，以及其制备方法和应用。在第一方面，本专利技术提供了一种泥水同治型底泥修复材料，该泥水同治型底泥修复材料通过以下过程来制备：将下述比例的原料充分混合后，于70～80℃的温度条件下高速搅拌2小时来反应充分，随后经冷却、过滤、干燥并球磨成，优选150至350目，更优选200目的粉状物：1000重量份的天然硅铝酸盐；5重量份至10重量份的钙盐；5重量份至10重量份的镁盐；5重量份至10重量份的钠盐；10重量份至15重量份的改性纤维素；20重量份至25重量份的丙烯酸聚合物；5重量份至10重量份的多羟基聚合物。优选地，本专利技术的底泥修复材料具有1800～3000mL/15g的凝胶胶质价，125～450mL/g的膨胀倍数，并且例如通过布鲁克SNB-2数显粘度仪在25℃、4％浓度、转数60r/min测定下具有1300～6000mPa·s的粘度。在一些具体实施方式中，上述天然硅铝酸盐可选自铝矾土和二氧化硅混合粉末、电气石粉、(细质)云母粉、蒙脱石粉末、膨润土以及白土粉末中的一种或多种；优选选自蒙脱石粉末、白土粉末和(细质)云母粉中的一种或多种。仅作为实例而非限制性地，(细质)云母粉因绝缘性好，可耐高温、酸碱和腐蚀，且附着力较强而能够有效地提高凝胶的稳定性，延长底泥修复剂的使用寿命；白土粉末因分布广泛，沉降性好，价格优势大，同时可以减少钙盐和镁盐的使用，对成本的投入有良好的控制作用；蒙脱石粉末粉质细腻，具有胶体分散特性，吸水膨胀后能够有效吸附杂质，有助于提高底泥修复剂的净化效果。应当理解的是，本专利技术所使用的钙盐、镁盐和钠盐均为无毒无害，不会为流域水体增加新的污染负担。在一些具体实施方式中，钙盐可选自氯化钙、氧化钙。在一些具体实施方式中，镁盐可选自硫酸镁、氧化镁。在一些具体实施方式中，钠盐可例如选自碳酸钠、碳酸氢钠和过碳酸钠。优选地，所述多羟基聚合物选自含有羟基的干性醇酸树脂和聚酯树脂，优选具有1500～2500的重均分子量。优选地，所述干性醇酸树脂由桐油、豆油、梓油等天然材料为原料制成，常温下不易溶于水，但是稳定性高，溶解后粘度好；优选地，所述聚酯树脂虽然粘度较小，但是其易溶于水，固化后的胶层硬度大，较稳定。优选地，多羟基聚合物和丙烯酸聚合物的共计质量占比为其他原料质量的3％～4％时，底泥修复剂性能最佳。在本专利技术底泥修复剂材料中，使用天然硅铝酸盐和改性纤维素以及丙烯酸聚合物在高温下聚合形成独特的无机吸水凝胶，具有极强的吸水溶胀效果且入水后，沉淀集聚效果明显，不易分散，具有极强的覆盖封堵效果，可以将底泥中的污染物封堵在水底阻止其向自然水体中释放，同时具有很好的固磷效果可以将水体内的无机磷固化到凝胶中，也能起到一部分吸附水中营养物的作用，减少水体富营养化。在另一方面，本专利技术提供了制备上述底泥修复材料的方法，其中，所述方法包括以下步骤：步骤1)，使1000重量份的天然硅铝酸盐、5重量份至10重量份的钙盐、5重量份至10重量份的镁盐、5重量份至10重量份的钠盐、10重量份至15重量份的改性纤维素、20重量份至25重量份的丙烯酸聚合物、5重量份至10重量份的多羟基聚合物混合完全，然后加入水，优选去离子水配成20％的悬浊液；步骤2)，在70～80℃的恒温条件下，高速(诸如大于300r/min)搅拌2小时所述悬浊液使之充分反应；步骤3)，冷却、过滤并干燥步骤2)所得的混合物；步骤4)，将步骤3)所得的混合物球磨成，优选150～350目，更优选200目的粉状物。在一些实施方式中，本专利技术的方法进一步包括在步骤1)之前，制备所述改性纤维素。在一些实施方式中，改性纤维素的制备通过以下步骤来进行：将自然纤维素磨成粉末状并加入碱化机中，随后加入有机醇作为溶剂；在30至35℃的温度下，于200～300转/分钟的搅拌速度下，加入30wt％至35wt％浓度的碱性溶液；继续搅拌至少30分钟，得到碱化纤维素。其中，在碱性溶液的加入过程中，碱液加入速率不超过计算量(根据检测得到的天然纤维素表面羧基的量投加的碱当量为1:2～1:5)的1％/分钟，整个加入过程控制在2小时左右，可以根据加入过程中体系的反应温度适当延长该加入时长。在一些实施方式中，制备改性纤维素的方法可进一步包括：将所得到的碱化纤维素转移至(立式)醚化机中，加入醚化剂以得到醚化改性的纤维素，其中将反应体系的pH控制在6.8～7.0，反应温度控制在70℃，反应时长控制为70分钟。优选地，可对碱化剂和醚化剂的用量进行调节，例如通过增加碱化剂的用量且同时减少醚化剂的用量，来控制和减少副反应的发生，节约醚化剂的消耗；并且使获得的醚化改性的纤维素溶于水后，无浑浊现象产生。其中所使用的醚化剂可选自阳离子醚化剂，优选三甲基(3-氯-2-羟丙基)氯化铵与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种底泥修复材料，其中，所述底泥修复材料通过在下述比例的原料充分混合后，于在70～80℃的温度条件下高速搅拌2小时来充分反应，随后冷却、过滤、干燥并球磨成粉状物来得到：/n

【技术特征摘要】
1.一种底泥修复材料，其中，所述底泥修复材料通过在下述比例的原料充分混合后，于在70～80℃的温度条件下高速搅拌2小时来充分反应，随后冷却、过滤、干燥并球磨成粉状物来得到：





2.根据权利要求1所述的底泥修复材料，其中，所述天然硅铝酸盐选自铝矾土和二氧化硅混合粉末、电气石粉、云母粉、蒙脱石粉末、膨润土以及白土粉末中的一种或多种，优选选自蒙脱石粉末、白土粉末和云母粉中的一种或多种；所述钙盐选自氯化钙、氧化钙；所述镁盐选自硫酸镁、氧化镁；所述钠盐选自碳酸钠、碳酸氢钠和过碳酸钠；所述丙烯酸聚合物具有3000～5000的重均分子量；并且所述多羟基聚合物选自干性醇酸树脂和聚酯树脂，优选具有1500～2500的重均分子量。


3.根据权利要求1所述的底泥修复材料，其中，所述底泥修复材料具有1800～3000mL/15g的凝胶胶质价，125～450mL/g的膨胀倍数，以及1300～6000mPa·s的粘度。


4.一种制备底泥修复材料的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
步骤1)，使1000重量份的天然硅铝酸盐、5重量份至10重量份的钙盐、5重量份至10重量份的镁盐、5重量份至10重量份的钠盐、10重量份至15重量份的改性纤维素、20重量份至25重量份的丙烯酸聚合物、5重量份至10重量份的多羟基聚合物混合完全，然后加入水，优选去离子水配成例如20wt％的悬浊液；
步骤2)，在70～80℃的温度下，高速搅拌所述悬浊液2小时以充分反应；
步骤3)，冷却、过滤并干燥步骤2)所得的混合物；
步骤4)，将步骤3)所得的混合物球磨成，优选150～350目，更优选200目的粉状物。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法进一步包括在步骤1)之前，通过以下制备所述改性纤维素：
将自然纤维素磨成粉末状并加入碱化机中，随后加入有机醇作为溶剂；
在30至35℃的温度下，于200～300转/分钟的搅拌速度下，加入浓度为30wt％至...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱成成，沈琰彦，
申请(专利权)人：南京乐透思环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32