【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及底泥覆盖材料制备和水处理，尤其涉及一种地聚物底泥活性覆盖材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前，江河湖泊等地表水污染来源主要分为两大类，内源污染和外源输入。如今，随着环境保护法律法规及相关的政策的落实，污水排放口的监测与控制更为严格，生活污水，农业废水等也经过了一定的工艺处理后才允许被排放，从而大幅度减轻了外源污染的输入。当外源污染得到控制后，内源污染物的释放就变成水体污染的主要来源，对内源污染物释放的控制就变得尤为重要。
2、当前，底泥是重金属和营养盐的主要储存库和来源，其二次释放成为水体重金属污染和富营养化问题的主要途径。调研发现，pb和p武汉地区河湖底泥中两种最为常见的污染物。原位底泥覆盖技术是一种成本低、破坏性小且更持久的修复技术之一。该技术的核心问题和研究热点是活性覆盖材料的开发。
3、传统的原位覆盖材料主要是砂石，其使用量大，会改变河湖的水力条件，因而应用范围有限。为减少覆盖材料厚度对水生环境的影响，许多学者将目光转向了具备较强吸附性能的新型活性覆盖材料。目前常用的活性覆盖材料有黏土矿物及其金属改性材料，活性炭及其金属改性材料，沸石及其金属改性材料，磷灰石和地聚物等。如金属负载改性类材料，虽然有较为优异的吸附性能，但其制备成本高，并且在工程上很难批量使用。因此，制备低成本，工艺简单的活性覆盖材料成为了研究热点。其中，地聚物引起了研究人员的关注，地聚物是一种具有特殊形态的三维网络状结构的环境友好的绿色无机胶凝材料，具有较高的机械强度，优良的稳定性，和低成本，环境友好等优点，因
4、地聚物可以以工业固废为原料，诸如粉煤灰，钢渣等，并采用简单低能耗的工艺制备而得。粉煤灰和钢渣是典型的两类工业大宗固废，在我国产量十分巨大。近年来粉煤灰和钢渣产量正在逐年增加，其主要利用途经为水泥、混凝土和建材深加工产品等，相对的高附加值利用途经较少。本领域亟需进一步提升大宗固体废弃物综合利用水平。高附加值利用技术是扩展大宗固废综合利用领域、提高综合利用率和综合利用经济效益的重要手段。目前地聚物的性能有待提高。为解决覆盖材料的成本高，工艺复杂难以在工程批量生产及粉煤灰和钢渣的高附加值利用，性能差等问题，目前本领域亟需提供一种新型优质地聚物底泥活性覆盖材料。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提供了一种地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法及其应用。
2、在本专利技术中采用粉煤灰和钢渣工业大宗固废，制备了一种低成本、环境友好的新型底泥活性覆盖材料，成本低、工艺简单，并成功用于修复和控制水体及底泥中的重金属pb和p污染问题，实现了环境保护和资源循环的双赢局面，通过工艺优化、配方及特定条件下制得的gdcm兼具优异的比表面积、抗压强度，可以有效抑制底泥中的pb和p的释放。
3、具体而言，本专利技术第一方面提供的地聚物基底泥活性覆盖材料(gdcm)的制备方法，包括：naoh溶液和水玻璃制备碱激发剂，将粉煤灰、钢渣和偏高岭土进行混合，加入由naoh溶液和水玻璃制备的碱激发剂，搅拌后倒入模具并进行养护，得到活性覆盖材料前驱体；将所述活性覆盖材料前驱体与碱液混合，进行水热反应，得到地聚物底泥活性覆盖材料。
4、作为优选，所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，包括：
5、1)将粉煤灰进行干燥，研磨过筛；
6、2)将钢渣烘干，磨碎筛分；
7、3)将高岭土进行灼烧，得到偏高岭土，冷却后研磨过筛；
8、4)采用naoh溶液和水玻璃制备碱激发剂；
9、5)将步骤1)-3)得到的粉煤灰、钢渣和偏高岭土混合，加入步骤4)得到的碱激发剂，搅拌后倒入模具并进行养护，得到活性覆盖材料前驱体；
10、6)将步骤5)得到的活性覆盖材料前驱体与氢氧化钠溶液混合，进行水热反应，得到活性覆盖材料。
11、作为优选，步骤1)-3)中，筛分孔径为70～100目，优选为80目。
12、进一步优选，步骤2)中，钢渣的球磨转速为750～1000r/min，优选为800r/min；球磨时间为0.2～0.8h，优选为0.5h；和/或，步骤3)中，高岭土的灼烧温度为700～800℃，优选为750℃。
13、作为优选，步骤4)中，所述水玻璃为模数3～3.5优选3.3的工业水玻璃；所述naoh溶液为1～3mol/l优选2mol/l的naoh溶液；所述naoh溶液和所述水玻璃的质量比为55～65：35～45；优选的，2mol/l的naoh溶液与模数3.3的工业水玻璃的质量比为60.47：39.53。
14、作为优选，步骤5)中，按粉煤灰和钢渣的总重量为100％计，钢渣比例为20％～50％，优选为40％；所述偏高岭土外掺比例为1～3％，优选2％；按固液比0.5～0.7优选0.6的比例加入所述碱激发剂，在70～90℃养护20～30h。
15、本专利技术中，上述步骤中通过调整配方组分搭配及比例，尤其在特定体系中40％的钢渣的引入不仅增强了地聚物的抗压强度，同时还促进了地聚物材料的比表面积的增长。一方面，钢渣中的富含丰富的ca元素，有利于单钙硅石，水钙硅石的生成，从而提高了该活性覆盖材料的抗压强度。另一方面，钢渣中同样富含si，al元素，有利于沸石的生成。本专利技术提供的特定地聚物活性覆盖材料的比表面积主要受钠沸石影响，含量越多，地聚物活性覆盖材料的比表面积越大，而较高的比表面积可以提供更加丰富的pb和磷酸盐的活性位点，从而提高pb2+和磷酸盐的去除性能。
16、作为优选，步骤6)中，水热温度为120～200℃，优选为160℃；和/或，水热时间为12～60h，优选为36h；和/或，采用1～5m的氢氧化钠溶液，优选为3m。
17、本专利技术采用上述优选工艺条件协同该特定地聚物活性覆盖材料能显著提升其综合性能，尤其在160℃的水热温度，36h和3m的naoh浓度的特定条件下，原材料中的莫来石等富含si，al元素的矿相完全溶解至溶液中，并发生地质聚合反应，生成大量钠沸石，少量的单钙硅石，水钙硅石，钙铝榴石和铁橄榄石等矿相。钠沸石一方面可以极大的丰富了地聚物活性覆盖材料的比表面积，提供了更多的活性位点，提升pb2+和磷酸盐的吸附效果。另一方面，钠沸石中的硅氧四面体和si-oh可以与po43-发生离子交换，并通过解聚聚合过程，负载至沸石骨架中，生成九水磷铝石；而pb的主要通过与si-o-m(m＝na)发生离子交换，和si-o-t(t＝si或al)的配位反应的方式去除。而单钙硅石，水钙硅石等物相的存在，一方面提升了地聚物活性覆盖材料的力学性能，此外，这些矿物可以缓慢释放出可溶性的ca2+，al3+和fe3+等，并与底泥和上覆水中的po43-发生反应，生成沉淀。
18、进一步优选，所述钢渣添加比例为40％，水热温度为160℃，水热时间为36h，naoh浓度为3m。
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【技术保护点】
1.一种地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，包括：将NaOH溶液和水玻璃混合，制备碱激发剂，将粉煤灰、钢渣和偏高岭土进行混合，加入所述碱激发剂，搅拌后倒入模具并进行养护，得到活性覆盖材料前驱体；将所述活性覆盖材料前驱体与碱液混合，进行水热反应，得到地聚物底泥活性覆盖材料。
2.根据权利要求1所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤1)-3)中，筛分孔径为70～100目，优选为80目。
4.根据权利要求2或3所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，钢渣的球磨转速为750～1000r/min，优选为800r/min；球磨时间为0.2～0.8h，优选为0.5h；和/或，步骤3)中，高岭土的灼烧温度为700～800℃，优选为750℃。
5.根据权利要求2-4任一项所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述水玻璃为模数3～3.5优选3.3的工业水玻璃；所述NaOH溶液为1～3mol/L优选2
6.根据权利要求2-5任一项所述的底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，按粉煤灰和钢渣的总重量为100％计，钢渣比例为20％～50％，优选为30％～40％；和/或，所述偏高岭土外掺比例为1～3％，优选2％；和/或，按固液比0.5～0.7优选0.6的比例加入所述碱激发剂，在70～90℃养护20～30h。
7.根据权利要求2-6任一项所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤6)中，水热温度为120～200℃，优选为160℃；和/或，水热时间为12～60h，优选为24h；和/或，采用1～5M的氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求2-7任一项所述的底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，还包括步骤7)，将步骤6)得到的地聚物底泥活性覆盖材料进行洗涤和烘干；优选的，洗涤至上清液pH为7～8，烘干温度为100～110℃。
9.一种底泥活性覆盖材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述底泥活性覆盖材料的制备方法制得；优选的，所述底泥活性覆盖材料的比表面积为6.43m2/g～18.95m2/g，抗压强度为9.17MPa～29.55MPa，对底泥中的Pb释放削减率为96.10％～99.25％，P释放削减率为76.65％～86.72％。
10.权利要求1-8任一项所述底泥活性覆盖材料的制备方法制备的底泥活性覆盖材料在富营养化底泥原位覆盖中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，包括：将naoh溶液和水玻璃混合，制备碱激发剂，将粉煤灰、钢渣和偏高岭土进行混合，加入所述碱激发剂，搅拌后倒入模具并进行养护，得到活性覆盖材料前驱体；将所述活性覆盖材料前驱体与碱液混合，进行水热反应，得到地聚物底泥活性覆盖材料。
2.根据权利要求1所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤1)-3)中，筛分孔径为70～100目，优选为80目。
4.根据权利要求2或3所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，钢渣的球磨转速为750～1000r/min，优选为800r/min；球磨时间为0.2～0.8h，优选为0.5h；和/或，步骤3)中，高岭土的灼烧温度为700～800℃，优选为750℃。
5.根据权利要求2-4任一项所述的地聚物底泥活性覆盖材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述水玻璃为模数3～3.5优选3.3的工业水玻璃；所述naoh溶液为1～3mol/l优选2mol/l的naoh溶液；所述naoh溶液和所述水玻璃的质量比为55～65：35～45；优选的，2mol/l的naoh溶液与模数3.3的工业水玻璃的质量比为60.47：39.53。
6.根据权利要求...
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