模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置及方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置及方法和应用，装置包括反应柱、模拟地下水溶液瓶，反应柱从下到上依次为布水区、反应区和出水区，模拟地下水溶液瓶与反应柱下方的进水口连接，反应柱的上方与流出液体收集瓶连接，进水口连接的管道上设置有蠕动泵。老化方法包括：1）球磨硫化零价铁的制备；2）铁基可渗透反应墙模拟柱系统的搭建；3）可渗透反应墙中铁基材料的老化。该方法模拟地下水和海水流经PRB（砂柱）的动态过程，通过测定出水的理化性质与材料表征，探究铁基材料在实际应用中的老化情况。相较于常用的批次实验和静态实验，该方法更类似于实际应用中铁基材料的老化情况，更适于探索其老化机理。更适于探索其老化机理。更适于探索其老化机理。

【技术实现步骤摘要】
模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置及方法和应用


[0001]本专利技术属于地下水原位修复及风险管控
，具体涉及一种模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置及方法和应用。

技术介绍

[0002]可渗透反应墙（PermeableReactiveBarrier，PRB）是一种典型的地下水低扰动原位还原修复及风险管控技术。PRB的基本原理是在受污染地下水羽状体流动的下游安置装有反应介质的可渗透墙体，当受污染地下水通过墙体后，污染物被截留在墙体内或被去除。与其他地下水修复技术相比，PRB具有能量需求低，运行费用低，处理效率高，可处理甚至同时处理多种污染物，不影响地表土地使用，对水文地质条件影响小等优点。 因此，PRB技术被认为是最有潜力的地下水修复及风险管控技术之一。目前PRB反应介质的种类很多，比如零价铁（ZeroValentIron，ZVI）、活性炭、沸石、泥炭块、木屑、释氧化合物等，其中以ZVI最为常见的。
[0003]基于ZVI的渗透性反应墙（ZVI
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PRB）可以有效地修复被氯代烃、重金属、放射性核素和农药污染的地下水。然而，ZVI的实际应用过程还存在一些问题。比如，ZVI会由于腐蚀产物积累、矿物沉淀以及气体聚集等原因形成钝化层，导致其反应活性降低；ZVI在还原降解污染物的同时会与水进行大量的产氢副反应，导致其针对污染物降解的选择性不强，进而导致其总体还原容量不高。因此，尽管ZVI具有反应活性优异、成本低和毒性低的特点，但也面临自身性质带来的在实际原位修复中长效性不足的局限性。/>[0004]在提高ZVI实际应用潜力的改性方法中，硫化改性成为近年来的一个研究热点。硫化零价铁（S
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ZVI）是指将S引入ZVI中，添加的S与ZVI或Fe(II)反应形成另一种固相
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铁硫化物（FeS
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），目前研究应用最多的为硫化纳米ZVI（S
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nZVI）。S
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ZVI表面的铁硫化物使ZVI中的Fe0的电子更倾向于还原降解污染物而非水分子，同时可以抑制ZVI表面铁氧化物沉积引起的钝化，这很大程度上提高了ZVI对污染物的反应活性，强化了电子传递的选择性。
[0005]目前，硫化微米ZVI（S
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mZVI）主要是通过含硫化学试剂（如硫化物、连二亚硫酸盐、硫代硫酸盐等）或零价硫（S0）和 mZVI 反应合成。其中，通过S0合成S
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mZVI的硫化效率（合成后S
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mZVI中S的量与实际添加S的量的比值）更高，几乎为100%，且合成后的S
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mZVI对三氯乙烯（TCE）的降解效率更高。此外，S0价格低廉且安全，更适合应用于实际地下水修复中。目前用S0合成S
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mZVI的主要方法为球磨法，即申请公布号为CN110000392A的专利技术专利申请公开的一种活化球磨零价铁材料的制备方法，该方法以ZVI（400目）和单质硫为原料，通过机械球磨方法合成了的S
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mZVI。
[0006]目前对铁基材料老化的研究大都针对mZVI，以批次实验或者静态实验方式对材料进行老化。有研究人员报道（Tang, F.,Tian, F.,Zhang, L.,Yang, X.,Xin, J.,Zheng, X., Remediation of trichloroethylene by microscale zero
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valent iron aged under various groundwater conditions: Removal mechanism and physicochemical transformation, Sci Total Environ, 2021, 775: 145757.）在无氧条件下，将mZVI颗粒
添加到琥珀色血清瓶中，加入超纯水，然后用丁基橡胶塞和铝盖密封，用机械搅拌器强烈搅拌样品以模拟mZVI颗粒在目标含水层中的动态腐蚀。该方法能较好的保证材料老化在无氧环境下进行，但超纯水无法准确反映地下水的理化性质，且机械搅拌器产生的强烈搅拌也无法准确模拟地下情况。此外还有研究人员报道（Velimirovic, M.; Auffan, M.; Carniato, L.; MicicBatka, V.; Schmid, D.; Wagner, S.; Borschneck, D.; Proux, O.; von der Kammer, F.; Hofmann, T., Effect of field site hydrogeochemical conditions on the corrosion of milled zerovalent iron particles and their dechlorination efficiency. Sci Total Environ 2018, 618, 1619
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1627.）在无氧条件下，将含水层材料与TCE的合成地下水混合，随后在尼龙网袋中加入ZVI，置于玻璃小瓶中，小瓶用机械搅拌器连续搅拌。该方法能够在一定程度上模拟地下环境和铁基材料在原位修复过程中相对静止的状态，但该方法中溶液不更新，无法反映实际场地中的地下水流动情况。
[0007]前人的研究都主要采用批次实验或静态实验研究材料的老化情况，但无法准确反映实际应用中铁基材料的老化情况。铁基材料老化的速率、程度以及表面生成的矿物相的类型会受到地下水化学条件的影响。为了探明铁基材料在实际应用中的钝化情况和老化机制，有必要探索一种新的模拟PRB的铁基材料老化改性方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种模拟铁基可渗透反应墙内材料老化情况的材料老化装置及方法。该方法模拟地下水和海水流经PRB（砂柱）的动态过程，通过测定出水的理化性质与材料表征，探究铁基材料在实际应用中的老化情况。相较于常用的批次实验和静态实验，该方法更类似于实际应用中铁基材料的老化情况，更适于探索其老化机理。
[0009]具体通过以下技术方案加以实现：模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置，包括：反应柱、模拟地下水溶液瓶，所述反应柱从下到上依次为布水区、反应区和出水区，模拟地下水溶液瓶通过管道与反应柱下方的进水口连接，反应柱的上方通过管道与流出液体收集瓶连接，所述进水口连接的管道上设置有蠕动泵。
[0010]优选地，反应柱的侧壁上均布设置有多个取样口。方便随时取样进行监测。
[0011]进一步地，模拟地下水溶液瓶的开口通过输送管与氮气袋相连。
[0012]模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性方法，包括以下步骤：1）球磨硫化零价铁的制备：选用铁粉与硫粉，用具备不锈钢罐和氧化锆球的行星式球磨机在氩气气氛下进行球磨处理后，在一个充满氮气的简易手套箱中收集材料，备用；2）铁基可渗透反应墙模拟柱系统的搭建：向权利要求1中改性装置的反应柱的布水区和出水区分别装入石英砂，反应区装入铁基材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置，其特征在于该装置包括：反应柱（1）、模拟地下水溶液瓶（2），所述反应柱（1）从下到上依次为布水区（101）、反应区（102）和出水区（103），模拟地下水溶液瓶（2）通过管道与反应柱（1）下方的进水口连接，反应柱（1）的上方通过管道与流出液体收集瓶（3）连接，所述进水口连接的管道上设置有蠕动泵（4）。2.如权利要求1所述的模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置，其特征在于所述反应柱（1）的侧壁上均布设置有多个取样口（5）。3.如权利要求1所述的模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性装置，其特征在于所述模拟地下水溶液瓶（2）的开口通过输送管与氮气袋（6）相连。4.模拟可渗透反应墙的铁基材料老化改性方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）球磨硫化零价铁的制备：选用铁粉与硫粉，用具备不锈钢罐和氧化锆球的行星式球磨机在氩气气氛下进行球磨处理后，在一个充满氮气的简易手套箱中收集材料，备用；2）铁基可渗透反应墙模拟柱系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锋，高云蔚，杨立伟，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：