一种污染底泥原位治理用铁碳填料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种污染底泥原位治理用铁碳填料及其制备方法，具体涉及环境保护领域，所述填料由立体网状结构的热塑纤维构成，热塑纤维的内外表面层均匀嵌入铁粉和碳粉，表面层厚度为50μm～500μm，热塑纤维通过不规则弯曲缠绕形成多个丝圈组成的立体网状结构，所述填料配方比例包括：热塑树脂80～90份、纳米铁粉5～12份、活性炭1～3份、偶联剂0.2～1份、分散润滑剂0.5～1份、抗氧化剂1～3份。铁碳填料附着微生物，并利用金属铁腐蚀形成的微原电池，产生活性还原物质及自由电子，使底泥中高分子有机物或环状有机物，分解为能供微生物利用的小分子有机物，同时反应过程中产生Fe

【技术实现步骤摘要】
一种污染底泥原位治理用铁碳填料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及环境保护
，更具体地说，本专利技术涉及一种污染底泥原位治理用铁碳填料及其制备方法。

技术介绍

[0002]原位治理技术是指不用抽取污染的地下水，而在地下含水层中直接进行修复的技术。主要采用物理、化学和生物的方法，使污染的地下水在“原位”得到处理以达到治理的目标，近年来污染底泥采用原位治理技术已经成为研究热点。
[0003]铁碳微电解技术是利用金属腐蚀原理，在不通电的情况下，使铁、碳等物质形成原电池，并产生电位差对废水中的有机污染物进行降解，以达到除去有机污染物的目的。现在的铁碳填料，比表面小，孔隙率低，不适于微生物的附着。
[0004]底泥是水生植物生长的基质、底栖动物繁衍的场所，也是各种污染物累积富集的地方。水体中的污染物经吸附、络合、絮凝、沉降等作用沉积在底泥中，形成一定厚度的含多种污染物的沉积层。受浓度差扩散、底栖生物活动影响，或当环境条件发生变化时，这些污染物会不断地释放进入上覆水，引起水体的二次污染。随着外来污染源逐渐得到有效控制，底泥成为河道水体污染的主要原因。目前，主要通过定期疏浚削减底泥的内源污染，然而这种方式工程量大、费用高。因疏浚底泥含水率高，产生量大，且可能含有重金属等有毒物质，合理、安全地处置疏浚底泥业已成为清淤工作后的一大难题。
[0005]利用生物特性直接修复河道污染底泥是一种原位治理技术，利用微生物代谢活动降解、转化和去除污染物，具有成本低、稳定有效、安全可靠、无二次污染等特点，有利于提高水体自净能力，恢复水生态系统结构和功能。但是生物技术在河道污染底泥治理中仍存在以下技术瓶颈：一是活性微生物浓度较低；二是底泥和上覆水中能利用碳源含量较低，影响脱氮效果；三是微生物不能有效地稳定底泥中的磷。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种污染底泥原位治理用铁碳填料及其制备方法，通过提供一种比表面积大，孔隙率高的铁碳填料用于附着微生物，并利用金属铁腐蚀形成的微原电池，产生活性还原物质及自由电子，使底泥中高分子有机物或环状有机物开环断链，分解为能供微生物利用的小分子有机物，同时反应过程中产生Fe
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反应形成FePO4沉淀，降低底泥中磷向上覆水的释放风险，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种污染底泥原位治理用铁碳填料，填料由立体网状结构的热塑纤维构成，热塑纤维的内外表面层均匀嵌入铁粉和碳粉，表面层厚度为50μm～500μm，填料密度大于水，热塑纤维通过不规则弯曲缠绕形成多个丝圈组成的立体网状结构，所述立体网状结构侧面有1个及以上丝圈层，形成的立体网状结构为任一形状，各个丝圈之间通过热熔相互搭接。
[0008]在一个优选地实施方式中，所述填料配方比例包括：热塑树脂80～90份、纳米铁粉
5～12份、活性炭1～3份、偶联剂0.2～1份、分散润滑剂0.5～1份、抗氧化剂1～3份、金属催化剂。
[0009]在一个优选地实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、有机铬偶联剂、铝酸锆偶联剂及高分子偶联剂中的一种或多种。
[0010]在一个优选地实施方式中，所述分散润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸、C14～C18的脂肪酸单甘油酯中的一种或多种。
[0011]在一个优选地实施方式中，所述抗氧化剂为受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯类、硫代类、复合类以及受阻胺类中的一种或多种。
[0012]在一个优选地实施方式中，所述热塑树脂是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯中的一种或几种，热塑树脂通过熔融纺丝，得到热塑纤维，所述热塑纤维直径为0.5mm～1.0mm，所述立体网状结构四个侧面优选为3层丝圈层。
[0013]在一个优选地实施方式中，所述铁粉和碳粉的质量比为4～5:1，铁粉和碳粉中能加入金属催化剂中的一种或几种，优选的，金属催化剂的质量为铁粉的3～6%。
[0014]在一个优选地实施方式中，所述金属催化剂为：银、铜、镍、铂、钯、钌、铑、锌、锰，及上述金属氧化物中的一种或多种。
[0015]在一个优选地实施方式中，所述一种污染底泥原位治理用铁碳填料的制备包括以下步骤：步骤1，称取原料，按照配方比例热塑树脂80～90份、纳米铁粉5～12份、活性炭1～3份、偶联剂0.2～1份、分散润滑剂0.5～1份、抗氧化剂1～3份、金属催化剂，其中金属催化剂质量为铁粉的3～6%；步骤2，制备热塑纤维，取热塑树脂、偶联剂、分散润滑剂、抗氧化剂、金属催化剂，在热塑树脂熔融温度下，混合搅拌20～30min得到混合熔融物料，混合熔融物料通过纺丝机得到热塑纤维，所述热塑纤维为不规则弯曲绕圈的丝圈；步骤3，制备铁粉和碳粉混合物，将铁粉和碳粉混合搅拌，得到铁粉和碳粉混合物；步骤4，热塑纤维表面喷涂铁粉、碳粉，采用喷砂工艺，将铁粉和碳粉混合物均匀喷在热塑纤维的内外表面层，再通过填料模具挤压成型，挤压形状为任一立体网状结构，得到空隙多、比表面积大的铁碳填料。
[0016]在一个优选地实施方式中，所述熔融温度根据热塑树脂的种类选择。
[0017]在一个优选地实施方式中，所述模具挤压过程中设定短时间高温，用于固定热塑纤维表面层的铁粉和碳粉。
[0018]在一个优选地实施方式中，上述制备步骤中采用先喷涂再定型的工艺制得铁碳材料，除该步骤方法，还能采用先定型再喷涂的工艺，具体步骤为：在步骤1、2后，步骤2中所述热塑纤维丝圈通过填料模具挤压成型后，采用喷砂方式，将步骤3中铁粉和碳粉混合物均匀喷在填料的内外表面，得到铁碳填料。
[0019]在一个优选地实施方式中，采用先定型再喷涂的工艺时，所述喷砂工艺中喷砂温度根据树脂融化温度设置，采用聚乙烯树脂热塑纤维时，喷砂温度设置在120
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200℃。
[0020]在一个优选地实施方式中，所述该填料能直接放置于河道底部使用，利用水体和底泥中的土著微生物，完成挂膜。
[0021]在一个优选地实施方式中，所述填料能微生物挂膜完成后置于河道底部使用。
[0022]在一个优选地实施方式中，所述填料能联合曝气、沉水植物使用。
[0023]在一个优选地实施方式中，所述填料也能用于污水处理，按要求制成所需的形状。
[0024]本专利技术的技术效果和优点：本专利技术通过提供一种比表面积大，孔隙率高的铁碳填料用于附着微生物，并利用金属铁腐蚀形成的微原电池，产生活性还原物质及自由电子，使底泥中高分子有机物或环状有机物开环断链，分解为能供微生物利用的小分子有机物，同时反应过程中产生Fe
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反应形成FePO4沉淀，降低底泥中磷向上覆水的释放风险。
具体实施方式
[0025]基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]本专利技术具体实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述填料由立体网状结构的热塑纤维构成，热塑纤维的内外表面层均匀嵌入铁粉和碳粉，表面层厚度为50μm～500μm，填料密度大于水，热塑纤维通过不规则弯曲缠绕形成多个丝圈组成的立体网状结构，所述立体网状结构侧面有1个及以上丝圈层，形成的立体网状结构为任一形状，各个丝圈之间通过热熔相互搭接。2.根据权利要求1所述的一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述填料配方比例包括：热塑树脂80～90份、纳米铁粉5～12份、活性炭1～3份、偶联剂0.2～1份、分散润滑剂0.5～1份、抗氧化剂1～3份。3.根据权利要求2所述的一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述热塑树脂是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯中的一种或几种，热塑树脂通过熔融纺丝，得到热塑纤维，所述热塑纤维直径为0.5mm～1.0mm，所述立体网状结构四个侧面优选为3层丝圈层。4.根据权利要求2所述的一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述铁粉和碳粉的质量比为4～5:1，铁粉和碳粉中能加入金属催化剂中的一种或几种，金属催化剂的质量为铁粉的3～6%。5.根据权利要求4所述的一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述金属催化剂为：银、铜、镍、铂、钯、钌、铑、锌、锰，及上述金属氧化物中的一种或多种。6.根据权利要求2所述的一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、有机铬偶联剂、铝酸锆偶联剂中的一种或多种。7.根据权利要求2所述的一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述分散润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸、C14～C18的脂肪酸单甘油酯中的一种或多种。8.根据权利要求2所述的一种污染底泥原位治理用铁碳填料，其特征在于：所述抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚淑祎，肖继波，马骁，杨云龙，崔灵周，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：